借助失压保护延时功能提升煤矿供电系统的可靠性分析

2018-02-18郝小鹏

机电工程技术 2018年11期

郝小鹏

（西山矿务局马兰煤矿，山西太原 030205）

0 引言

煤矿企业的井下变电所、泵房等重要场所，必须严格遵守煤矿安全生产准则规范，实行双电源线路供电。因此，长时间停电事故基本上能够完全避免。但是相比之下，由于供电系统瞬间低压闪变造成的，引发低压保护动作跳闸从而造成矿井短时间停电事故，因此矿井短时间停电事故的发生率相对较高。一些停电事故虽然发生的时间不长，但给矿井带来巨大危害的几率极大。如通风机瞬间断电，造成掘进工作面通风不畅，极有可能引起瓦斯聚集。以及排水设备瞬间断电，造成积水聚集在巷道和水泵房内无法排出[1]。

1 变电所母线低电压瞬间闪变

通常冲击负载、直接启动大功率电动机以及供电系统中存在短路故障、上级电网遇雷电保护动作导致下级瞬间失压是造成煤矿变电所母线低电压瞬间闪变的主要原因。在某煤矿中，前两种对变电所母线低电压瞬间闪变并未产生多大影响，后两种是造成该煤矿变电所母线低电压瞬间闪变的主要原因。只有进行合理的供电设计，大型电动机采用变频启车的方法，冲击负载和直接启动大功率电动机对变电所母线低电压瞬间闪变造成的影响才能有效避免。

1.1 供电系统短路故障引起低电压闪变

煤矿井下环境十分恶劣，同时电力系统中矿井供电电缆线路繁多，电缆损坏引发短路故障，故障线路产生的短路电流强度很大，引发故障线路跳闸，因此短路故障经常频繁发生；除此之外，在短路跳闸前会引起供电系统短时间低电压，还会导致低压闪变产生。短路故障点离电源越近，也就是变电所，则相应产生的短路电流越大，促使变电所母线电压下降幅度越大，从而对电网系统产生的危害越大。

35 kV以下电压等级的速断保护时限通常低于0.5～1 s，若合理启动速断保护，则短路故障引发低电压的持续时间将更短。切除故障线路后，系统电压能迅速恢复到原来的状态[2]。

1.2 遇雷击供电系统发生低电压闪变

煤矿井下变电所遭遇雷击的概率不大，遇雷击是供电系统发生低电压闪变的首要原因，上级35 kV变电站遭遇雷击时，其架空线路引发电网瞬间低压闪变，上级变电站高压柜的过压保护导致下级井下10 kV变电所进线失压。

雷击过电压基本有直击雷和感应雷两种形式。由于全程覆盖避雷针和避雷线，因此感应雷在变电站附近发生的概率较大，而直击雷发生的概率较小。

2 低压闪变对矿用一般型高压柜的影响

2.1 矿用一般型高压柜失压脱扣器的原理

矿用一般型高压柜的失压脱扣器的构成，通常为失压线圈和弹簧两部分组成，其电源直接从PT变压器的二次引取，工作电压为交流100 V。其工作原理是：高压柜处于合闸状态，是由于线圈得电吸合舌簧从而使断路器持续处于合闸状态；反之，失压线圈失电后，舌簧被释放使断路器处于分闸状态。其技术指标要求为，当线圈电压高于65%额定电压时，禁止释放；当线圈电压高于85%额定电压时，应可靠吸合。当线圈电压低于35%额定电压时，铁芯可靠地释放；因此，依据失压线圈的工作原理可知，无论是PT断电，还是电压下降100 V都会导致高压柜不能正常合闸或分闸现象产生[3]。

2.2 母线低压瞬间闪变对矿用高压柜的影响

由于矿用一般型高压柜无失压保护延时功能，因此其低电压保护动作的实现，主要凭借其断路器本身的失压线圈完成。无论是失压线圈电压低于35%额定电压引发失压跳闸，还是母线电压发生低压瞬间闪变引发100 V电压失电，均会造成大范围停电。

某矿在使用矿用一般型高压柜保护器时，雷击引发的停电事故发生次数频繁。当35 kV变电站遇雷击引发跳闸时，其10 kV的高压柜保护器显示过压报警，并未发生跳闸，但是井下高压柜显示失压分闸。由于综合保护器具有过压和失压保护延时调整功能，故35 kV变电站使用该保护器。上级过压保护动作将导致下级失压跳闸。

除此之外，造成变电所母线电压闪变的还有变电所母线附近区域发生的短路故障，促使失压线圈电压值比规定值低，引发失压跳闸以及一系列大范围停电事故[4]。

3 煤矿高压供电系统失压保护延时技术

3.1 投入失压保护延时功能的原理

该矿原来采用的是矿用一般型高压柜保护器，现要进行改造升级，采用具有失压延时控制功能的施耐德保护器，并且拆除馈出柜的失压线圈。

保护器的欠压保护检测判断其是否失压依据的是从PT引取的100 V，当保护器检测到100 V失压或低于设定值后，可人为设定保护器延时几秒，从而使高压柜断路器分闸回路闭合[5]。

短路通常在几秒内引发母线电压闪变，但是毫秒级为雷击上级过压保护动作的时限级别，因此，欠压保护延时设置只要设计得合理，母线电压闪变造成的低压跳闸故障就能够避免。50 ms～300 s为施耐德Sepam40系列保护器的欠压延时设定区间。经过几年改造后的实践证明，矿井供电系统的可靠性有了明显提高，主要得益于母线低压闪变造成的大面积停电事故发生频率大幅降低。

同时定期进行电缆绝缘值测试，加强线路检查和管理。地面35 kV变电站和架空线路加装防雷设施，可以有效降低高压线路短路故障的发生率，并将导致低压闪变故障率降到最低[6]。

3.2 加装失压延时控制器的改造方法

将失压延时断开装置安装到高压开关里，并与失压脱扣线圈线路并联，是其它矿井单位对该类型高压柜进行改造的工作原理[7]。

失压脱扣器的类型不同，其RS和R的参数指标也不同，因此必须进行调试，这是由于其线圈参数和弹簧弹力不同引起的。调试规范指标要求如下：首先确定其RS参数值，当失压脱扣线圈电压高于80%额定电压时，铁芯可靠吸合；低于35%额定电压时，铁芯能可靠脱扣；其次再确定其R参数值，要保证失压延时保护功能实现，则铁芯可靠脱扣[8]，需要失压脱扣线圈工作电源丧失1.5～3s。