安文 徐鵬 王益（新汶礦業(yè)集團公司協(xié)莊煤礦 山東 新泰 271221）

0 前言

在煤礦供電中，由于井下電氣設(shè)備所處的環(huán)境惡劣，設(shè)備易受潮、絕緣自然老化、機械損傷及過電壓擊穿、人為的誤操作等原因，都極易引起供電線路及設(shè)備缺相或短路，如不及時切除故障線路或設(shè)備，往往造成嚴重事故，因此，在出現(xiàn)短路及斷相事故時，應(yīng)立即切除故障線路及設(shè)備，以防事故蔓延。目前，這種故障狀態(tài)的保護是靠過流保護來實現(xiàn)的，其過流保護動作值是按躲過最大容量電機的起動電流及其它同時運行設(shè)備額定電流之和為依據(jù)進行保護整定，此種整定方式在供電線路短路電流較大時，較容易滿足過電流保護靈敏度及電機起動電流的要求。但目前使用的電機，其起動電流很大（可達額定電流的6-10倍），與線路發(fā)生短路故障時的電流相接近，因而使短路時電流值的整定發(fā)生困難，有的保護裝置將短路電流的整定值設(shè)定為電機額定電流的10倍以躲開起動電流，這樣當(dāng)起動電流較大時，不能分辨出是發(fā)生了三相短路還是電機正常起動，容易發(fā)生誤動作。也有些保護裝置利用延時幾秒鐘的方法，以躲開正常起動過程，這樣也是不妥的，因為當(dāng)起動過程中正好發(fā)生短路故障時，無法對故障線路進行保護。為此需要研究一種新型保護裝置，克服上述保護裝置的缺點，達到安全供電的目的。

1 相敏保護原理

通過分析供電線路及設(shè)備在短路及斷相狀態(tài)下電流和電壓的相位變化，可發(fā)現(xiàn)其相位與電氣設(shè)備正常運行或電機的起動時相位有明顯改變，在故障狀態(tài)下，總有一相或幾相電流的相位和電壓的相位差趨于零或超前。而在電機起動時，電流相位總是滯后電壓，且比正常運行時相位差增大，利用此特點即可區(qū)分出供電線路或設(shè)備過電流是由于大容量電機起動，還是非正常狀態(tài)造成的過電流。即使是較小的短路電流和斷相電流也可以明顯區(qū)分，從而減小過電流的整定動作值，提高過電流保護的靈敏度。根據(jù)此原理，設(shè)計出由電流和電壓相位差實現(xiàn)過電流保護功能的相敏過電流保護裝置。

相敏保護的實現(xiàn)

供電線路或設(shè)備經(jīng)電流互感器及I-V轉(zhuǎn)換電路，將電流信號轉(zhuǎn)換成和電流成一定比例的電壓信號V，該信號經(jīng)移相、整形電路形成和電流相位一致的方波信號。電流和電壓方波信號送入信號比較電路，該電路在電壓相位超前電流相位時，輸出和電流與電壓相差一致的方波信號，而當(dāng)電流相位超前電壓相位時，該電路不輸出信號，而是利用信號比較電路判斷出電流和電壓的相位差，區(qū)別出是由于大容量電機起動還是短路、斷相造成的過電流。通過相位整定電路，可以調(diào)整電流和電壓相位差的動作范圍。同時，通過電流整定回路可調(diào)整過電流的最大動作值，以保證供電線路或設(shè)備超過此整定值時能快速跳閘。

2 應(yīng)用效果

投用相敏保護后，短路保護整定值能比按《煤礦井下低壓電網(wǎng)短路保護裝置的整定細則》整定的短路保護整定值降低40%，可以大大提高可靠動作系數(shù)，從而實現(xiàn)煤礦井下長距離供電的安全保護。

以我礦2206E綜采工作面為例，乳化泵站配電點安置在二采一片口皮帶檢修通道處，工作面煤機、溜子的供電距離長達1100米，為保證435kW煤機正常工作，滿足短路繼電保護整定校驗，630A饋電開關(guān)的過載保護整定為540A，短路保護整定為1890A，為滿足靈敏度校驗的要求，需使用4根1100米95mm2千伏級電纜（煤機兩根，面溜子兩根）。而采用相敏保護技術(shù)后，可大大降低短路保護整定值，由原來的1890A改為1350A，這樣在使用兩根1100米95mm2千伏級電纜（煤機一根，面溜子一根）的情況下，即可滿足要求。由此可節(jié)省95mm2千伏級電纜1100米×2=2200米。

按每米300元計算，節(jié)省電纜費用：

3 結(jié)語

今后煤礦回采工作面的走向長度越來越長，裝機功率越來越大，供電距離越來越長，采用相敏保護技術(shù)可以節(jié)約大量的供電電纜，為煤礦創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。