陳 健
(西山煤電集團(tuán)公司東曲煤礦, 山西 古交 030200)
隨著礦井采掘深度的不斷增加,瓦斯涌出量也在不斷加大,加劇了瓦斯抽放泵張的運(yùn)行功率,導(dǎo)致瓦斯抽放泵站的高壓真空配電裝置頻繁越級跳閘,影響礦井的瓦斯抽放質(zhì)量和效率,進(jìn)一步影響礦井的安全生產(chǎn)順利開展。為保障礦井的安全生產(chǎn)需對因電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷大導(dǎo)致的跳閘現(xiàn)象進(jìn)行分析研究。
東曲礦羊圈港瓦斯抽放站安裝有兩臺(tái)2BEC-72水環(huán)真空泵,使用情況為一用一備。配兩臺(tái)額定電壓6 kV的800 kW電機(jī),電機(jī)額定電流92.7 A,運(yùn)行電流60 A。該礦區(qū)35 kV變電所不同兩段供兩趟6 kV電源,軟啟動(dòng)型號為山東濟(jì)源KBGR-200/6,由于該系列高壓軟起動(dòng)器本身無隔離開關(guān),為保證檢修安全,在其前級安裝一級配電裝置,型號為八達(dá)PLG9L-200/6Y配電開關(guān)。
三段式電流保護(hù)工作原理是第一階段電流速斷保護(hù)與第二階段的電流限時(shí)速斷保護(hù)及第三階段的電流定時(shí)速斷保護(hù)間整定配合對系統(tǒng)線路和電機(jī)的保護(hù)方式。
2.1.1 保護(hù)動(dòng)作條件
三段式相間電流保護(hù)動(dòng)作條件即當(dāng)保護(hù)跳閘壓板投入時(shí),整定值小于任一相保護(hù)電流I時(shí),保護(hù)動(dòng)作:Imax>第一階段保護(hù)電流I1,保護(hù)無時(shí)限動(dòng)作;Imax>第二階段保護(hù)電流I2,保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T2后跳閘;Imax>第三階段保護(hù)電流I3,保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T3后跳閘[1]。
線路系統(tǒng)的主保護(hù)方式為電流速斷保護(hù)和電流限時(shí)速斷保護(hù),第三階段的電流定時(shí)速斷保護(hù)及過流保護(hù)為系統(tǒng)線路及其他線路的近后備和遠(yuǎn)后備保護(hù)。系統(tǒng)線路中第三段電流保護(hù)的整定值、保護(hù)時(shí)間及跳閘壓板均進(jìn)行獨(dú)立設(shè)定。
2.1.2 三段式相間電流保護(hù)邏輯
三段式相間電流保護(hù)邏輯圖如圖1所示。
圖1 三段式相間電流保護(hù)邏輯圖
反時(shí)限電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限是結(jié)合短路電流大小而進(jìn)行變化的,當(dāng)電流小時(shí),保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越慢,相反電流越大時(shí),其保護(hù)動(dòng)作時(shí)間則越快。
標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式:
非常反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式:
極端反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式:
長反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式:
式(1)—(4)中:I為故障電流;Ip為啟動(dòng)電流;tp為反時(shí)限過流保護(hù)時(shí)間整定值,取2。
當(dāng)電機(jī)工作狀態(tài)異常、存在超負(fù)荷運(yùn)行時(shí),鑒于電機(jī)自身具有一定的過載能力,當(dāng)過載電流越大,通過時(shí)間越快;過載電流越小時(shí),通過的時(shí)間越慢。電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電流過載情況下和允許工作時(shí)間為反時(shí)限特性,均設(shè)有反時(shí)限過流保護(hù)裝置。反時(shí)限電流保護(hù)跳閘壓板投入,則保護(hù)延時(shí)跳閘,保護(hù)告警壓板投入時(shí),系統(tǒng)保護(hù)延時(shí)告警[2]。
為使電機(jī)具有過載能力,需將保護(hù)電流的整定值調(diào)整高,如1.05倍的額定電流,根據(jù)通入電流I大小不同,相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間Tfs不同,電流越大動(dòng)作時(shí)間越短。
反時(shí)限跳閘保護(hù)邏輯圖如圖2所示。
圖2 反時(shí)限跳閘保護(hù)邏輯圖
供電系統(tǒng)整定計(jì)算如圖3。
圖3 供電系統(tǒng)整定計(jì)算圖
瓦斯抽泵站電機(jī)額定電流為92.7 A,根據(jù)公式(5)計(jì)算整定電流:
式中:Iop為繼電保護(hù)動(dòng)作電流整定值,A;Krel為保護(hù)裝置可靠系數(shù),取1.6;Kst為接線系數(shù),取7;INM為變壓器額定電流,取92.7A。將數(shù)值帶入公式得Iop=1038A。
在調(diào)試過程中出現(xiàn)高壓軟起動(dòng)器啟動(dòng)過程時(shí),前級配電裝置過電流動(dòng)作情況。調(diào)試過程出現(xiàn)問題為:瓦斯抽放泵正常啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)三次反時(shí)限過電流動(dòng)作,反時(shí)限過電流動(dòng)作值分別為14.8 A、15.44 A、15.68 A,電流互感器為200/5,換算為一次整定值為592 A、617 A、627 A。
由于高壓軟啟動(dòng)器采用電流斜坡模式起動(dòng),電流斜坡模式起動(dòng)過程中啟動(dòng)電流具有如圖4電流波形圖。
圖4 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流波形圖(A)
圖 4中:初始起動(dòng)電流 Iini為(50%~400%)IFLA,可調(diào)(IFLA是電動(dòng)機(jī)全電流);最大起動(dòng)電流Imax為(100%~600%)IFLA,可調(diào);脈沖突跳電流 Ikic為(100%~600%)IFLA,可調(diào)。斜坡時(shí)間 tramp為 0~120 s,可調(diào);脈沖突跳時(shí)間 tkic為 0.1~10 s,可調(diào)。
根據(jù)長反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式計(jì)算得出長反時(shí)限:
根據(jù)極端反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式計(jì)算得出極端反時(shí)限:
根據(jù)非常反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式計(jì)算得出非常反時(shí)限:
2月6日,1號機(jī)啟動(dòng)時(shí)共出現(xiàn)兩次反時(shí)限過流;3月15日,1號機(jī)啟動(dòng)時(shí)1號機(jī)出現(xiàn)1次反時(shí)限過流動(dòng)作,每次為啟動(dòng)14 s,反時(shí)限過電流動(dòng)作,開關(guān)跳閘。綜合以上反時(shí)限動(dòng)作事故,經(jīng)分析每次啟動(dòng)約12~14 s后,出現(xiàn)高開斷路器反時(shí)限動(dòng)作。
根據(jù)計(jì)算當(dāng)使用長反時(shí)限動(dòng)作曲線時(shí),動(dòng)作時(shí)間為58.3 s,保護(hù)動(dòng)作時(shí)間過長,失去保護(hù)作用;使用極端反時(shí)限動(dòng)作曲線時(shí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為8.7 s,躲不過啟動(dòng)時(shí)間,故無法使用反時(shí)限曲線保護(hù)。
動(dòng)作時(shí)限按躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間整定,具體情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行整定18 s。在保護(hù)“跳閘”壓板投入,任一相保護(hù)電流I大于整定值時(shí),保護(hù)動(dòng)作;Imax>I1,保護(hù)無時(shí)限動(dòng)作;Imax>I2,保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T2后跳閘;Imax>I3,保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T3后跳閘。
另外投入高壓軟啟動(dòng)器過載保護(hù),固態(tài)軟起動(dòng)器具有微機(jī)過載保護(hù)器,可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)選擇各種保護(hù)。當(dāng)電機(jī)發(fā)生電流過載故障時(shí),高壓軟啟動(dòng)器可以有效地保護(hù)電機(jī)。因此瓦斯抽泵站電流保護(hù)方式為:瓦斯抽泵站的電流速斷保護(hù)裝置內(nèi)高壓配電裝置在進(jìn)行保護(hù)過程中,應(yīng)以限時(shí)速斷為系統(tǒng)線路的主要保護(hù)方式,系統(tǒng)線路中的定時(shí)過流保護(hù)及近后備保護(hù)和其他線路中的遠(yuǎn)后備保護(hù)和變頻高壓軟啟動(dòng)器相互整定配合對電機(jī)在使用過程中進(jìn)行有效的保護(hù)。無論繼電器裝置采用何種保護(hù)方式,在其規(guī)定動(dòng)作時(shí)間的整定過程中,都應(yīng)離發(fā)生故障點(diǎn)最近的一級控制設(shè)備執(zhí)行跳閘保護(hù)為準(zhǔn)[3]。
1)按此方案投入定時(shí)限電流保護(hù)方式后,經(jīng)多次啟動(dòng),瓦斯抽動(dòng)均可以正常啟動(dòng);電機(jī)發(fā)生電流故障后能可靠地對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
2)應(yīng)結(jié)合開關(guān)保護(hù)器的具體型號,制定不同的整定方法。由于新型的開關(guān)保護(hù)器均采用先進(jìn)的電腦保護(hù)器,其基本整定原則和整定計(jì)算方式和原有的開關(guān)所使用的繼電器保護(hù)的方式亦不相同。即使同種保護(hù)方式的繼電器保護(hù)裝置由于系統(tǒng)的供電方式和所承載的負(fù)荷類型不同,其整定值的計(jì)算結(jié)果也不同。
3)當(dāng)實(shí)際承載的負(fù)荷大于變壓器的容量時(shí),應(yīng)結(jié)合電流的實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行整定,與根據(jù)變壓器的額定電流進(jìn)行整定計(jì)算結(jié)果要準(zhǔn)確。無論何種保護(hù)方式的繼電器裝置,其規(guī)定動(dòng)作時(shí)間的整定過程中,都應(yīng)離發(fā)生故障點(diǎn)最近的一級控制設(shè)備執(zhí)行跳閘保護(hù)為準(zhǔn)。