張曉宇 莊永順

（山西魯能河曲電煤開發(fā)有限責(zé)任公司 上榆泉煤礦，山西 忻州 036504）

近年來，我國煤礦行業(yè)取得了較快的發(fā)展，但井下煤礦安全事故頻繁發(fā)生，人們對煤礦的安全越來越重視，特別是井下供電系統(tǒng)繼電保護問題。繼電保護裝置作為井下重要供電系統(tǒng)設(shè)備，對供電系統(tǒng)運行的安全性和可靠性具有非常重要的影響，因此需要做好井下供電系統(tǒng)繼電保護工作，這不僅有利于推動煤礦企業(yè)的健康發(fā)展．而且對提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全也具有非常重要的意義。

一、煤礦供電系統(tǒng)繼電保護概況

近些年來，隨著煤礦企業(yè)不斷的發(fā)展，先進設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中。而這些設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用對供電系統(tǒng)的需求較大，這就在一定程度上加大了供電系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，使得煤礦供電系統(tǒng)短路故障越來越多。變壓器和電機等大型機電設(shè)備使用過程中，受其層間、匝間影響而出現(xiàn)相應(yīng)短路故障。一旦出現(xiàn)短路故障，就會使整個供電系統(tǒng)局部電網(wǎng)出現(xiàn)電壓下降問題，這種情況下如有強大電流通過電氣設(shè)備，電氣設(shè)備就會產(chǎn)生一定熱量，最終使電機設(shè)備發(fā)熱或過載，從而損壞電機設(shè)備甚至使電機設(shè)備報廢。而如果電機設(shè)備此時不能正常運行，電相就會出現(xiàn)中斷、過負(fù)荷、中性點不接地等一系列問題，嚴(yán)重時會出現(xiàn)單相接地。雖然這些現(xiàn)象相較于故障破壞程度要輕，但如果不及時解決不穩(wěn)定現(xiàn)象，長此以往負(fù)荷就會使絕緣老化，引起相斷線故障甚至使電機過負(fù)荷。

二、煤礦礦井供電系統(tǒng)繼電保護分類

為了能夠有效的提高電力設(shè)備運行的安全性和可靠性，減少事故所造成的影響和損失，則需要在煤礦井下變配電所內(nèi)的線路及重要設(shè)備上進行保護裝置的裝設(shè)，這些保護裝置主要以主保護、后備保護和輔助保護為主，在煤礦井下變配電所內(nèi)，定時限電流保護、速斷保護、反時限過電流保護及變壓器的瓦斯保護等都是較為常采用的繼電保護方式。

（一）主保護

煤礦礦井供電系統(tǒng)主保護裝置，能夠在第一時間將被設(shè)備及線路故障進行切除，在主保護時，能夠無時限或帶有一定時限來對設(shè)備或是線路故障進行切除，有效的確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿足設(shè)備安全運行的要求。

（二）后備保護

主保護后備保護主要是在主保護設(shè)備或是斷路器出現(xiàn)拒動時，能夠及時對故障進行切除，或是結(jié)束異常情況。因此，在煤礦礦井變配電所內(nèi)，對于一些重經(jīng)設(shè)備和線路，在采用主保護的同時，還需要進行后備保護和輔助保護的裝設(shè)。在裝設(shè)后備保護時，主要以近后備保護及遠(yuǎn)后備保護為主。

二、煤礦礦井供電系統(tǒng)繼電保護的原理

繼電器是電氣工程自動化設(shè)備中的主要設(shè)備之一，是根據(jù)電壓或電力信號的變化實現(xiàn)控制電路而達(dá)到自動控制保護的電力系統(tǒng)，繼電器通過接觸器直接控制主電路；繼電器的系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，也就是輸入回路和輸出回路，該系統(tǒng)的各自分組利用小電流實現(xiàn)對強大電流的控制，用一個小的電流控制一個較大的電流，相當(dāng)于在自動化電氣中安裝自動開關(guān)，可以實現(xiàn)自動保護。繼電器可輸入變量的感應(yīng)范圍還可以進行自動化控制電流大小，繼電器在實際應(yīng)用過程中，借助感應(yīng)系統(tǒng)作為執(zhí)行系統(tǒng)控制主電路，通過對輸入量的數(shù)據(jù)分析更好的控制主電路。繼電器還可以根據(jù)溫度、電壓和電流等輸入量對電路的通常程度進行控制，繼電器的發(fā)展逐漸彌補了傳統(tǒng)繼電器的缺陷，被廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備中。礦井下接地保護、過電流保護和短路保護是供電系統(tǒng)的三大保護，井下的惡劣工作環(huán)境造成漏電的事故時有發(fā)生，井下的漏電保護裝置因為漏電發(fā)生短路，此時短路保護裝置成為漏電的保護裝置，當(dāng)電氣設(shè)備失去短路保護，發(fā)生短路的線路與外殼相連容易發(fā)送漏電故障，漏電保護可以及時切斷電源，如果電氣設(shè)備漏電嚴(yán)重導(dǎo)致設(shè)備表面發(fā)生漏電情況，接地保護可以及時分散電流，防止事故的進一步擴大，三大保護之間相互牽制保障井下用電安全。煤礦惡劣的作業(yè)環(huán)境，瓦斯或粉塵爆炸對井下作業(yè)人員造成嚴(yán)重的威脅，做好電力系統(tǒng)的安全保障工作是供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)。煤礦井下電力系統(tǒng)通常電流容量較大，大部分處于超負(fù)荷運行狀態(tài)，容易發(fā)生短路事故，在供電系統(tǒng)中安裝繼電保護裝置可以有效監(jiān)控過電流保護情況。當(dāng)電力系統(tǒng)絕緣性能下降時不僅會發(fā)生漏電還容易導(dǎo)致電流設(shè)備的損害，若電力系統(tǒng)的絕緣性能下降，設(shè)備外殼出現(xiàn)連電現(xiàn)象，采用接地保護裝置及時保護設(shè)備，防止事故范圍的擴大，提高井下用電安全。

三、加強煤礦供電系統(tǒng)繼電保護管理的對策

（一）對誤動和拒動現(xiàn)象要控制得當(dāng)

誤動和拒動是多數(shù)繼電保護系統(tǒng)最常出現(xiàn)也最難避免的問題，一旦發(fā)生，往往會對整個供電系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。而煤礦是非常敏感的區(qū)域，任何意外都有可能引發(fā)難以想象的悲劇，在安全生產(chǎn)重于泰山的今天，避免拒動及誤動造成的潛在危害更顯得尤為重要。拒動與誤動的發(fā)生有很多錯綜復(fù)雜的原因，元件問題、回路設(shè)計問題、維護水平不足、試驗分析不到位、裝置配置不良、整定配合不合理等，都會導(dǎo)致拒動及誤動現(xiàn)象的發(fā)生。雖然煤礦與超高壓輸電線路對繼電保護誤動及拒動方面的精準(zhǔn)要求并不相同，但礙于煤礦生產(chǎn)井下作業(yè)、人員密集度大、不易逃生等多方面因素，對煤礦供電系統(tǒng)的繼電保護也應(yīng)做好拒動及誤動的控制工作。因此，最好注意以下兩點：首先，重要的元件能夠互相作為備用。其次，保護配置及整定配合時應(yīng)充分考慮到開關(guān)拒動及保護等情況。

（二）注意繼電保護的可靠性、速動性、選擇性與靈敏性

保護裝置能夠在短時間內(nèi)有所反應(yīng)會增強整體的有效性與可靠性。結(jié)合繼電保護裝置在電力系統(tǒng)中的整體作用可見，多數(shù)多相故障都從單相故障中發(fā)展出來，假如保護裝置可以較快動作的話就能夠在一定程度上降低多相故障的發(fā)生率。對于煤礦供電系統(tǒng)而言，無論是單相故障還是多相故障都會給煤礦安全帶來巨大威脅，因此，應(yīng)極力避免任何故障的發(fā)生，這就要繼電保護盡量提高速動性。同樣的道理，選擇性與靈敏性也是多數(shù)繼電保護裝置所面臨的基本要求，無疑也應(yīng)做好這幾個方面的工作。

（三）注重保護裝置的簡便性與實用性

對于繼電保護裝置來說，簡化保護的復(fù)雜程度能夠有效地提升保護效果，增加裝置整體的可靠性。在滿足供電系統(tǒng)需求的前提下，做到恰當(dāng)安排、統(tǒng)籌兼顧，盡量使保護裝置簡潔化、實用化。不過需要注意，給保護裝置減負(fù)的同時不能造成安全隱患的增加，要能夠使“減肥”后的保護裝置不失保護作用，也不會留下安全漏洞，這樣才能夠通過“減肥”增強整體的穩(wěn)定性與可靠性。

（四）積極借鑒先進的經(jīng)驗

煤礦安全問題一直牽動著國人的神經(jīng)，電能也是煤礦運行中的重要能源，保障電能的穩(wěn)定可靠對于保障煤礦安全意義重大，對此，我們不僅要充分結(jié)合國內(nèi)煤礦供電系統(tǒng)繼電保護管理的先進經(jīng)驗，還要放眼世界煤礦開采行業(yè)的繼電保護管理，選擇性地學(xué)習(xí)并吸取先進的管理經(jīng)驗，從而使我們的管理工作更上一層樓。繼電保護屬于很實用的一門技術(shù)，不同國家都在自身傳統(tǒng)習(xí)慣的基礎(chǔ)上結(jié)合了現(xiàn)代的技術(shù)手段，摸索出比較適合于本國國情的技術(shù)模式，我們在借鑒時要注重對方國家的實際情況，比如地質(zhì)問題以及煤礦生產(chǎn)情況等，通過對比研究，并結(jié)合我們自己的實際情況，一步步進行摸索和實踐，這個過程中一定要以安全為第一要務(wù)，務(wù)必保障井下工人的人身安全。

（五）合理設(shè)計及選擇保護裝置

保護裝置的選擇要依照煤礦供電系統(tǒng)的運行與接線特點來配備。比如煤礦電壓在10kv 大小的供電系統(tǒng)，基本上相間短路的保護裝置與單相接地的高壓漏電裝置就能夠滿足實際保護需求。在安裝時最好遵循以下原則：首先，地面的變電所中，高壓開關(guān)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)過電流保護、選擇性檢漏保護及電流速斷保護；其次，當(dāng)容量在三百二十千伏安以下時，一次側(cè)變壓器可使用熔斷器進行短路保護，二次側(cè)應(yīng)通過自動的空氣開關(guān)實施短路保護，電力電容器應(yīng)采取電流速斷的保護方式，對于電容器可能發(fā)生的內(nèi)部故障，可進行熔斷器保護；第三，礦井下的變電所的高壓開關(guān)，可以采取瞬時動作過流脫扣器進行電流保護，還要兼具失壓保護與高壓選漏的保護方式。低壓開關(guān)可以采用電流保護與檢漏保護。

（六）合理設(shè)計整定方案

整定方案對于繼電保護裝置的穩(wěn)定運行意義重大，因此，應(yīng)對整定方案做好設(shè)計工作，計算出短路電流與保護定值，變電所的母線適宜采取分段運行的方式，以便減小總進線盤，并縮小事故范圍。不過，分段運行還需要保證任一回路有能力負(fù)載全部負(fù)荷。另外，選擇時限要能夠與最大設(shè)備起動電流的時間錯開。除此之外也不要忘記對靈敏系數(shù)進行校驗。

（七）做好定期檢查及日常管理工作

如果繼電保護設(shè)備是新安裝的，那么應(yīng)及時做好全面檢查工作，對于已經(jīng)投入運行的保護裝置，也要進行定期的檢查。因為負(fù)荷基本上是經(jīng)常變化的，而且煤礦特殊的工作環(huán)境也需要人們進行定期檢查。原則上講，應(yīng)該每年都進行一次電氣試驗，不過目前的實驗設(shè)備基本上不防爆，因此采礦區(qū)的變電所中的繼電保護裝置一般只有一次全面試驗機會，就是在下井之前的進風(fēng)巷中進行電氣試驗。做好定期檢查的同時，也要做好日常管理工作。應(yīng)該采用包制到人的方式，任命專門的技術(shù)員等，使繼電保護管理能夠落到實處。并且還要做好相關(guān)技術(shù)資料管理工作。

總之，繼電保護作為保護供電系統(tǒng)重要裝置，其在煤礦供電系統(tǒng)中有重要作用，不僅能保證煤礦供電系統(tǒng)安全有序進行，同時也能保證煤礦生產(chǎn)質(zhì)量，避免不必要的供電故障，而使煤礦生產(chǎn)工作不能順利進行。然而，繼電保護工作畢竟是一項技術(shù)性較強的工作，其在實際工作中一旦選取的處理方法不當(dāng)，不僅會影響煤礦生產(chǎn)效率，也會給煤礦生產(chǎn)帶來一定安全隱患。