矿用隔爆高压真空配电装置与高压软启动整定配合研究

陈 健

（西山煤电集团公司东曲煤矿， 山西 古交 030200）

引言

随着矿井采掘深度的不断增加，瓦斯涌出量也在不断加大，加剧了瓦斯抽放泵张的运行功率，导致瓦斯抽放泵站的高压真空配电装置频繁越级跳闸，影响矿井的瓦斯抽放质量和效率，进一步影响矿井的安全生产顺利开展。为保障矿井的安全生产需对因电机运行负荷大导致的跳闸现象进行分析研究。

1 东曲矿羊圈港瓦斯抽泵站供电系统概述

东曲矿羊圈港瓦斯抽放站安装有两台2BEC-72水环真空泵，使用情况为一用一备。配两台额定电压6 kV的800 kW电机，电机额定电流92.7 A，运行电流60 A。该矿区35 kV变电所不同两段供两趟6 kV电源，软启动型号为山东济源KBGR-200/6，由于该系列高压软起动器本身无隔离开关，为保证检修安全，在其前级安装一级配电装置，型号为八达PLG9L-200/6Y配电开关。

2 高压配电装置电流保护原理

2.1 三段式电流保护工作原理

三段式电流保护工作原理是第一阶段电流速断保护与第二阶段的电流限时速断保护及第三阶段的电流定时速断保护间整定配合对系统线路和电机的保护方式。

2.1.1 保护动作条件

三段式相间电流保护动作条件即当保护跳闸压板投入时，整定值小于任一相保护电流I时，保护动作：Imax＞第一阶段保护电流I1，保护无时限动作；Imax＞第二阶段保护电流I2，保护经过时间T2后跳闸；Imax＞第三阶段保护电流I3，保护经过时间T3后跳闸[1]。

线路系统的主保护方式为电流速断保护和电流限时速断保护，第三阶段的电流定时速断保护及过流保护为系统线路及其他线路的近后备和远后备保护。系统线路中第三段电流保护的整定值、保护时间及跳闸压板均进行独立设定。

2.1.2 三段式相间电流保护逻辑

三段式相间电流保护逻辑图如图1所示。

图1 三段式相间电流保护逻辑图

2.2 反时限过流保护原理

反时限电流保护的动作时限是结合短路电流大小而进行变化的，当电流小时，保护动作时间越慢，相反电流越大时，其保护动作时间则越快。

标准反时限电流保护计算公式：

非常反时限电流保护计算公式：

极端反时限电流保护计算公式：

长反时限电流保护计算公式：

式（1）—（4）中：I为故障电流；Ip为启动电流；tp为反时限过流保护时间整定值，取2。

2.3 动作条件

当电机工作状态异常、存在超负荷运行时，鉴于电机自身具有一定的过载能力，当过载电流越大，通过时间越快；过载电流越小时，通过的时间越慢。电动机超负荷运行时电流过载情况下和允许工作时间为反时限特性，均设有反时限过流保护装置。反时限电流保护跳闸压板投入，则保护延时跳闸，保护告警压板投入时，系统保护延时告警[2]。

为使电机具有过载能力，需将保护电流的整定值调整高，如1.05倍的额定电流，根据通入电流I大小不同，相应的动作时间Tfs不同，电流越大动作时间越短。

2.4 保护逻辑

反时限跳闸保护逻辑图如图2所示。

图2 反时限跳闸保护逻辑图

3 电流保护整定计算

供电系统整定计算如图3。

图3 供电系统整定计算图

瓦斯抽泵站电机额定电流为92.7 A，根据公式（5）计算整定电流：

式中：Iop为继电保护动作电流整定值，A；Krel为保护装置可靠系数，取1.6；Kst为接线系数，取7；INM为变压器额定电流，取92.7A。将数值带入公式得Iop=1038A。

4 反时限过电流保护分析

4.1 投入反时限过电流保护中出现的问题

在调试过程中出现高压软起动器启动过程时，前级配电装置过电流动作情况。调试过程出现问题为：瓦斯抽放泵正常启动时出现三次反时限过电流动作，反时限过电流动作值分别为14.8 A、15.44 A、15.68 A，电流互感器为200/5，换算为一次整定值为592 A、617 A、627 A。

4.2 故障分析

由于高压软启动器采用电流斜坡模式起动，电流斜坡模式起动过程中启动电流具有如图4电流波形图。

图4 电动机运行电流波形图（A）

图 4中：初始起动电流 Iini为（50%～400%）IFLA，可调（IFLA是电动机全电流）；最大起动电流Imax为（100%～600%）IFLA，可调；脉冲突跳电流 Ikic为（100%～600%）IFLA，可调。斜坡时间 tramp为 0～120 s，可调；脉冲突跳时间 tkic为 0.1～10 s，可调。

根据长反时限电流保护计算公式计算得出长反时限：

根据极端反时限电流保护计算公式计算得出极端反时限：

根据非常反时限电流保护计算公式计算得出非常反时限：

2月6日，1号机启动时共出现两次反时限过流；3月15日，1号机启动时1号机出现1次反时限过流动作，每次为启动14 s，反时限过电流动作，开关跳闸。综合以上反时限动作事故，经分析每次启动约12～14 s后，出现高开断路器反时限动作。

4.3 原因分析

根据计算当使用长反时限动作曲线时，动作时间为58.3 s，保护动作时间过长，失去保护作用；使用极端反时限动作曲线时保护动作时间为8.7 s，躲不过启动时间，故无法使用反时限曲线保护。

5 系统整定配合解决方案

动作时限按躲过电动机启动时间整定，具体情况根据电动机启动时间进行整定18 s。在保护“跳闸”压板投入，任一相保护电流I大于整定值时，保护动作；Imax＞I1，保护无时限动作；Imax＞I2，保护经过时间T2后跳闸；Imax＞I3，保护经过时间T3后跳闸。

另外投入高压软启动器过载保护，固态软起动器具有微机过载保护器，可以根据电动机选择各种保护。当电机发生电流过载故障时，高压软启动器可以有效地保护电机。因此瓦斯抽泵站电流保护方式为：瓦斯抽泵站的电流速断保护装置内高压配电装置在进行保护过程中，应以限时速断为系统线路的主要保护方式，系统线路中的定时过流保护及近后备保护和其他线路中的远后备保护和变频高压软启动器相互整定配合对电机在使用过程中进行有效的保护。无论继电器装置采用何种保护方式，在其规定动作时间的整定过程中，都应离发生故障点最近的一级控制设备执行跳闸保护为准[3]。

6 结论

1）按此方案投入定时限电流保护方式后，经多次启动，瓦斯抽动均可以正常启动；电机发生电流故障后能可靠地对电机进行保护。

2）应结合开关保护器的具体型号，制定不同的整定方法。由于新型的开关保护器均采用先进的电脑保护器，其基本整定原则和整定计算方式和原有的开关所使用的继电器保护的方式亦不相同。即使同种保护方式的继电器保护装置由于系统的供电方式和所承载的负荷类型不同，其整定值的计算结果也不同。

3）当实际承载的负荷大于变压器的容量时，应结合电流的实际负荷进行整定，与根据变压器的额定电流进行整定计算结果要准确。无论何种保护方式的继电器装置，其规定动作时间的整定过程中，都应离发生故障点最近的一级控制设备执行跳闸保护为准。