煤峪口矿10 kV高压柜保护装置改造分析

武 超

（晋能控股煤业集团 煤峪口矿，山西 大同 037041）

在煤矿安全生产中，为避免长时间停电，要求井下变电所等重要负荷的供电使用双电源线，但由于供电系统母线瞬间低电压闪变造成大面积停电事故，给矿井造成很大危害。供电系统是矿井产能链中的重要环节，保护装置作为供电系统的重要组成部分，对电网及电气负荷的稳定起关键作用。随着矿井的不断开采，产能不断提高，井下对电力的需要也越来越大，需要扩大供电系统的规模，同时要提高系统的稳定性和安全性，对保护装置提出了新的要求。

1 概 况

矿用高压柜的低电压保护动作主要是依靠断路器上自带的失压线圈来实现的，煤峪口矿目前使用的是10 kV高压柜，保护装置采用电合闸和电跳闸控制回路，合闸电源是DC220V，通过低压直流屏为其提供电源，在运行过程中，由于电气设备故障而导致变电所进线柜跳闸，且备用电源没有办法满足日常供电需要，造成矿井长时间大面积停电，影响设备的安全运行。为了确保高压柜能正常合闸，不影响矿井的安全生产，根据高压柜的实际情况，对高压柜进行改造。

煤峪口矿在此之前多次出现雷击停电事故，每次遇到雷击跳闸时，高压柜会显示失压分闸，保护器出现过压报警，没有跳闸，由于上级的过压保护动作会使下级产生失压跳闸，加上变电所距离母线较近的区域出现电路短路，使母线低电压瞬间闪变，造成失压线圈电压值低于规定值，使失压线圈跳闸。在高压柜的安装和使用过程中，由于没有失压延时保护功能，在母线低电压瞬间闪变后，电压失电导致高压进线柜缺少高压失压跳闸保护，不能与低压失压后的电路形成联锁保护，造成大面积停电。这种装置的设置不符合《煤矿安全规程》要求，给矿井的安全生产带来重大隐患。因此，需要加装失压保护装置，消除安全隐患，确保矿井生产的安全。

2 低压失压保护装置

通过加装低压失压保护继电器来达到电压保护的目的，为了检测低电压回路控制电源是否正常，使用同一电源对失压保护继电器和低压控制回路进行供电。如果低压电源显示正常，则UPS电源输出正常，如果低压电源显示失压，则UPS电源失电，电源自带的蓄电池会逆变出AC220V电源。在正常工作时，UPS电源会将一部分电源输出至操作回路，供高压真空断路器等保护装置设备供电，将另一部分电源输出至高压真空断路器的储能回路，为设备提供电源。

在低电压控制回路正常时，失压保护继电器处于吸合状态，辅助常闭触点断开，此时高压跳闸回路不得电；在低电压控制回路切断电源后，电压失电，备用电源会逆变出控制电源，输出至操作回路和储能回路，由于低电压控制回路断电，低压保护继电器断开，辅助常闭触点闭合，此时高压回路得电，脱扣线圈跳闸，高压真空断路器断开，切断主回路的电源，使设备停止运行。失压保护继电器及其辅助触点可以同时控制单个高压柜或多个高压柜。如果在低压控制回路断电后，高压跳闸没有跳闸，则高压电源通过真空断路器给低电压设备供电，造成低电压供电设备失电而高电压设备运行，给供电设备带来故障。在停电后，低电压控制的工作闸会出现抱闸堵转情况，高压设备的主电机会因低电压堵转而造成高压电流瞬间增大，导致高压过流保护，进而出现越级跳闸现象，引发大范围的停电，造成经济损失。

3 高压失压保护装置

在高压柜上安装含有失压延时功能的保护器，在设备失电后通过保护器来控制失压延时跳闸，同时拆除输出柜上的失压线圈，保护器的分合闸原理如图1所示。

图1 高压柜保护器改造后的分、合闸原理Fig.1 The switching principle of the high voltage cabinet protector after modification

根据变电所PT柜中引出的电压来判断高压柜保护器是否失压，当检测到电压低于设定值时，判定保护器失压，通过人为设定保护器延时时间，让高压柜的断路器处于闭合状态，分闸回路带动断路器跳闸。保护器使用施耐德的Sepam40系列，低电压延时时间可设定在50 ms～300 s。由于电源短路造成母线电压出现闪变一般在几秒之内，因此，通过合理地设置失压保护装置的延时时间，就可以避免因母线电压闪变而造成的电路跳闸。同时，定期加强对线路电缆绝缘值的测试，在绝缘值较低且低于规定值时，需要采取措施进行处理，在变电所和一些架空线路上加装防雷装置，尽可能地降低低电压闪变造成的故障率。

将加装的失压延时断开装置并联在失压脱扣线圈电路上，如图2所示。由于失压脱扣器的各线圈参数都各不相同，因此，要调节Rs和R的参数值。先调节Rs的参数值，使失压脱扣线圈的电压值在额定电压值的35%以下，此时铁芯能自动脱扣；失压脱扣线圈的电压值在额定电压值的80%以上，此时铁芯能自动吸合；再调节R的参数值，使失压脱扣线圈的工作电源在消失1.5～3 s后，铁芯自动脱扣，以此达到失压延时保护功能。

图2 失压延时断开装置电路Fig.2 Circuit of delay breaking device

4 结 语

在煤峪口矿10 kV供电系统的输出端使用失压延时保护，保护了井下线路的安全，提高了保护装置的稳定性。由于工作电流相差较大，在主线路发生故障时，短路电流低于额定工作电流，此时不会发生越级跳闸现象。当井下约20%的线路都出现两相短路时，保护装置可以进行无时限跳闸保护。采用改造的10 kV高压柜保护装置后，自运行以来，因母线低电压闪变而引发的停电事故率显著降低，供电系统的稳定性得以提高。