趙磊磊

（江蘇礦業(yè)工程集團(tuán)公司第四工程處,江蘇　徐州　221140）

相敏保護(hù)在煤礦井下供電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

趙磊磊

（江蘇礦業(yè)工程集團(tuán)公司第四工程處,江蘇徐州221140）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦企業(yè)中出現(xiàn)了更多的高產(chǎn)高效礦井，煤礦的機(jī)械化程度也隨之提高，煤礦生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的裝機(jī)容量越來越大，使得電動機(jī)的啟動電流增大。傳統(tǒng)的短路不能已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化礦井供電系統(tǒng)短路保護(hù)的需要。而借助相敏短路保護(hù)，跟傳統(tǒng)意義上的計(jì)算方法進(jìn)行比較，設(shè)定的短路電流值較小。傳統(tǒng)意義上的計(jì)算方法將短路電流整定值計(jì)算出來之后，借助相敏短路保護(hù)僅僅需要取其它的系數(shù)整定就可以。為此，本文闡述了相敏保護(hù)的必要性、相敏保護(hù)的原理、相敏保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，以及相敏保護(hù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：相敏保護(hù)；煤礦；供電系統(tǒng)；應(yīng)用

0　引言

由于煤礦井下供電系統(tǒng)所處的環(huán)境非常惡劣，設(shè)備受潮，絕緣老化的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，特別是在有些設(shè)備受到機(jī)械損傷時(shí)沒有及時(shí)加以維護(hù)，都會影響煤礦的安全生產(chǎn)。這些因素的存在都可能引起煤礦企業(yè)井下供電線路和電氣設(shè)備缺相或短路故障發(fā)生，如果不能及時(shí)處理這些線路故障和設(shè)備，可能會引發(fā)更為嚴(yán)重的事故。所以說如果及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)斷相或短路故障時(shí)，一定要及時(shí)迅速處理好，及時(shí)進(jìn)行排除故障，防止事故發(fā)生蔓延，從而造成更大的事故，造成更大的傷亡。目前這種故障的狀態(tài)主要是靠過電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)，過電流保護(hù)動作值的整定是按照躲過最大容量電動機(jī)的起動電流或者和它同時(shí)運(yùn)行的電氣設(shè)備的額定電流之和作為依據(jù)，當(dāng)煤礦井下供電線路短路電流過大時(shí)，這種整定方式就能滿足過電流保護(hù)靈敏度的要求。由于我們現(xiàn)在煤礦企業(yè)井下使用的很大電動機(jī)的啟動電流較大，其啟動電流值與線路出現(xiàn)短路故障時(shí)出現(xiàn)的電流值相近，這就使出現(xiàn)短路故障時(shí)較難整定。一般的保護(hù)裝置是將短路電流的整定值設(shè)為電動機(jī)的額定電流的十倍，這樣就能躲開起動電流。如果起動電流較大時(shí)，因不能區(qū)別出三相短路或電動機(jī)正常起動，就容易發(fā)生誤動作。有的保護(hù)裝置是利用延時(shí)的方法來躲開正常起動，這種做法也不是很妥當(dāng)，因?yàn)槿绻倨饎拥倪^程中恰好出現(xiàn)短路故障時(shí)，就不能對故障的線路進(jìn)行保護(hù)。對于相敏保護(hù)裝置來說，恰好能解決這些問題，能起到真正保護(hù)的目的。本文重點(diǎn)就是論述相敏保護(hù)裝置在現(xiàn)代化礦井供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1　相敏保護(hù)的必要性

在新的形勢下，煤礦采掘面進(jìn)一步地延伸，可是相應(yīng)的電纜橫截面積和電氣設(shè)備容量等未能夠得以提高，這嚴(yán)重地制約了短路保護(hù)的場地的應(yīng)用，而通過傳統(tǒng)意義上的整定短路的方法，或者是實(shí)施分段保護(hù)的策略、或者是使得電纜的橫截面積增加、或者是增加變壓器的容量。然而，難以在短時(shí)間內(nèi)增加變壓器的容量，實(shí)施并聯(lián)變壓器的策略難以實(shí)現(xiàn)高的安全要求、投入資金多，以及不利于巷道布置的合理性，而使電纜橫截面積增加的策略僅僅可以并聯(lián)應(yīng)用電纜，如此不但制約空間狹小的巷道質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工程，而且應(yīng)用多根電纜使得電纜的故障點(diǎn)增多，而實(shí)施分段保護(hù)的策略，一方面使得保護(hù)開關(guān)的應(yīng)用量增多，另一方面分段保護(hù)具有相應(yīng)的危險(xiǎn)性，且發(fā)生了故障之后，同時(shí)應(yīng)用多個開關(guān)使得判斷場地故障的難度提高，進(jìn)而不能夠迅速地將故障排除。這不利于煤礦的順利生產(chǎn)。鑒于此，在煤礦井下供電系統(tǒng)中應(yīng)用相敏保護(hù)是必然的。

2　相敏保護(hù)的原理

在對供電設(shè)備和線路在斷相以及短路情況下電壓、電流相位的改變，能夠發(fā)現(xiàn)啟動電機(jī)過程中的相位有顯著的改變，在發(fā)生故障的時(shí)候，會存在幾相或者是一相電壓與電流相位差超前或者是接近零，在啟動電機(jī)的過程中，電流相位一直屬于滯后的電壓，并且比正常工作過程中的相位差增大，憑借這個特性能夠?qū)υO(shè)備或者是供電線路一系列過電流是因?yàn)榉钦顟B(tài)還是大容量電機(jī)導(dǎo)致的過電流進(jìn)行區(qū)分，盡管是比較小的斷相以及短路電流也可以很好地加以區(qū)別，進(jìn)而使過電流整定的動作值得以減小，以及使過電流保護(hù)靈敏的程度大大地增強(qiáng)。結(jié)合這個原理進(jìn)行分析，需要對電壓相位差和電流相位差實(shí)施電流保護(hù)之相敏過保護(hù)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3　相敏保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

設(shè)備或供電線路通過I-V轉(zhuǎn)換電路以及電流互感器，轉(zhuǎn)化電流信號及其電流是一定比例之電壓信號V，此信號以整形電路以及移相的方式形成等同于電流相位的方波信號。向信號比較電路輸送的電流和電壓方波信號電路在電壓相位快于電流相位的過程中，將電壓與電流相位差一致的方波信號輸出。然而，電流相位快于電壓相位的過程中，此電路不能夠把信號進(jìn)行輸送，它借助信號比較電路對電壓與電流的相位差進(jìn)行比較，對因?yàn)閿嘞唷⒍搪?、啟動大容量電機(jī)而導(dǎo)致的過電流，借助相位整定的電路，能夠?qū)﹄妷阂约半娏飨辔徊顒幼鞣秶M(jìn)行調(diào)整，并且借助電流整定電路能夠?qū)^電流的最大值進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而確保設(shè)備或供電線路超出這個整定值的過程中可以迅速地跳閘。

4　相敏保護(hù)的應(yīng)用

在煤礦井下倘若實(shí)施傳統(tǒng)意義上的普通方法難以整定供電場合，從而無法有效地保護(hù)供電系統(tǒng)。倘若實(shí)施相敏保護(hù)，能夠降低短路電流整定值，以及確保啟動電機(jī)過程中的大電流（超出或者是實(shí)現(xiàn)短路整定值），不會導(dǎo)致開關(guān)的跳閘，由于相敏保護(hù)的長處是可以將線路當(dāng)中的短路電流、啟動電流、大電流進(jìn)行區(qū)分，倘若線路當(dāng)中發(fā)生短路電流，那么開關(guān)能夠瞬間地動作。

相敏短路保護(hù)的應(yīng)用，僅僅需要取其它的系數(shù)整定就可以，并且保障短路過程中的保護(hù)動作，啟動電機(jī)的時(shí)候，盡管線路電流比整定值大，保護(hù)也不會動作，因而使得短路保護(hù)的安全性與穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。

5　結(jié)論

綜上所述，在煤礦井下供電系統(tǒng)中應(yīng)用相敏保護(hù)，使得相敏保護(hù)的穩(wěn)定性與先進(jìn)行得以驗(yàn)證,相敏保護(hù)能很好地實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的功能，又提高了電流保護(hù)動作的可靠性，又解決了井下低壓電網(wǎng)大功率電動機(jī)的啟動問題，并且使得供電的安全性大大地提高，將煤礦井下采掘所面臨的短路保護(hù)問題解決，在沒有提高當(dāng)前有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)的情況下，大大地提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及場地管理水平，體現(xiàn)出了科學(xué)技術(shù)的巨大優(yōu)勢，奠定了進(jìn)一步推廣相敏短路保護(hù)的基礎(chǔ)。

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作者簡介：趙磊磊（1985—），男，湖北十堰人。2007年畢業(yè)于河南理工大學(xué)自動化專業(yè)，助理工程師，從事機(jī)電技術(shù)與管理工作。