天地（常州）自動化股份有限公司 高 瑤 王美寶

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礦用高低壓配電裝置失壓延時保護研究

天地（常州）自動化股份有限公司 高 瑤 王美寶

【摘要】針對礦用供電系統(tǒng)電壓波動大幅度波動和短時間停電，結(jié)合礦用高低壓配電裝置現(xiàn)狀，設(shè)計了高低壓開關(guān)失延時保護，介紹了該模塊后備電源原理和維持電路原理。測試結(jié)果表明，該設(shè)計能滿足現(xiàn)場運行的要求。

【關(guān)鍵詞】煤礦；失壓延時保護；高低壓配電裝置

1　引言

電力是現(xiàn)代煤炭工業(yè)的主要動力，在煤炭生產(chǎn)中有重要的地位。由于煤炭生產(chǎn)中存在著各種自然災害，而這些災害的預防、預報和排除，也直接或間接取決于礦山的供電是否正常。供電的可靠性不僅影響礦井產(chǎn)量，設(shè)備損壞，甚至發(fā)生人身事故等重大事故。

隨著煤礦產(chǎn)能要求越來越高，設(shè)備功率的提升，以及煤礦特定的環(huán)境等原因，很容易造成供電電壓大幅度波動和瞬間停電，比如：1)采煤機、刮板機等一些大功率的負載在運行過程中，功率因數(shù)普遍較低且無功功率變化量大，會引起電壓幅值大幅度快速變動。大型電動機的直接啟動很容易引起電壓降落，尤其直接啟動時，啟動電流很大，將會給電網(wǎng)帶來很大的電壓降。[2]2)礦井空氣潮濕，有的電氣設(shè)備附近有積水，易發(fā)生短路故障。短路故障除造成跳閘外，還會在故障線路跳閘之前引起系統(tǒng)短時低電壓，即產(chǎn)生低電壓閃變，有可能致使母線電壓瞬時降到20％～40％。[2]3)備用電源自動切換、PT 斷線等。以上情況都是造成線路電壓大幅度波動和瞬間停電，但線路瞬間失壓后又馬上能回復到正常電壓，這種情況下怎樣維持高低壓供電設(shè)備不動作，怎樣避開假失壓。對此，本方案采用延時的失壓保護裝置，以躲過假失壓的情況，使失壓保護裝置更加可靠。

圖2

2.1.3保護器識別假失壓原理

基于PQR理論算法比較假失壓與真失壓區(qū)別，判斷假失壓狀態(tài)，輸出分閘節(jié)點，從而實現(xiàn)失壓保護[1]，如圖3所示。

2.2低壓饋電開關(guān)

同高壓系統(tǒng)原理相同，區(qū)別在于目前煤礦井下1140V低壓饋電開關(guān)

圖1

2　原理

2.1高壓配電開關(guān)

目前煤礦井下的10KV高壓開關(guān)大多采用永磁斷路器，許多廠家已經(jīng)斷路器控制器集成了內(nèi)配合電容失壓延時跳閘功能，線路電壓大幅度波動和瞬間間停電后，如果保護器沒有發(fā)出分閘指令，斷路器自身能維持8S斷路器不分閘。這樣失壓后保護器電源至少需要維持10S以上，本系統(tǒng)采用鋰電池后備電源處理，維持保護器電源，在通過保護器識別假失電，從而避免假失壓跳電現(xiàn)象。

2.1.1后備電源原理

電池充電電路是選用MC33341芯片設(shè)計電池充電原理，如圖1所示。

2.1.2電池放電切換電路

后備電池與主開關(guān)電源切換電路選用LM393比較器實時比較電池電壓IP16與+24V，當電路供電正常是+24V大于IP16點電壓，Q1閉合，GND與GNDO相連，輸出正常24V電壓，如果系統(tǒng)失壓，+24V丟失，IP16電池電壓大于正常供電電壓，Q1斷開，電池電壓輸出。電路原理如圖2所示。大多數(shù)使用失壓線圈的失壓脫扣來實現(xiàn)失壓保護，但當失壓脫扣線圈在線電壓降低到65％左右時，低壓斷路器自動跳閘，使得一下供電線路失電，本系統(tǒng)利用充放電原理，在系統(tǒng)失壓時，能維持失壓脫扣線圈保持8s不跳閘，再通過保護器識別假失電，從而解決假失壓跳閘。

圖3

失壓維持原理：由于高壓采用永磁機構(gòu)，斷路器自身可以實現(xiàn)系統(tǒng)失壓時，維持8s不跳閘，而礦用低壓開關(guān)不具有此功能，本系統(tǒng)利用電容充放電原理實現(xiàn)失壓維持斷路器不跳閘，原理如圖4所示。

圖4

當系統(tǒng)供電正常時，K4吸合，電路通過D2整流給C1充電，當系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍波動或失去時，K4掉電，通過C1放電維持失壓線圈得電，維持斷路器合閘狀態(tài)。

RC時間常數(shù)的選擇：經(jīng)過公式Vc(t)=Vs*e-1/RC，取得R2=8K；C=1000UF；經(jīng)試驗驗證維持時間大于8s。[4]

3　結(jié)語

礦用供電設(shè)備要求安全可靠，大范圍電壓波動給煤礦生產(chǎn)和安全帶來隱患，本系統(tǒng)通過電容充放電原理、PQR理論、增加后備電源等措施分析判斷假失壓，解決煤礦電壓大范圍波動和失壓所帶來的危害，并且能夠滿足現(xiàn)場運行的要求。

參考文獻

[1]周林,吳紅春,孟婧,徐會亮,馬永強.電壓暫降分析方法研究[J].高電壓技術(shù),2008(05).

[2]柳從.煤礦井下高壓供電系統(tǒng)失壓保護技術(shù)的研究[J].煤礦機電,2015(1).

[3]宋紅衛(wèi),陳和權(quán).高壓防爆開關(guān)綜合保護器設(shè)計及抗干擾研究[J].工礦自動化,2010(8).

[4]張廷鋒,許少衡.一種基于電容充放電的時間間隔測量方法[J].國外電子測量技術(shù),2011(11).

高瑤（1989—），男，陜西榆林人，學士，助理工程師，現(xiàn)主要從事煤礦電氣產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)工作。

作者簡介：