訾 強(qiáng)

（晉煤集團(tuán)長平公司， 山西 晉城 048006）

引言

煤礦生產(chǎn)中，一旦發(fā)生過流故障，將產(chǎn)生大量的熱能使電氣設(shè)備遭到損害。在某些特殊的環(huán)境下，過高的溫度或電氣設(shè)備燃燒產(chǎn)生的明火，可能導(dǎo)致瓦斯爆炸，造成嚴(yán)重事故。因此，過流保護(hù)對提高煤礦供電穩(wěn)定性、安全性有著重要的意義。

1 過流產(chǎn)生的原因及危害

1.1 短路過流

根據(jù)歐姆定律I=U/R，當(dāng)短路發(fā)生時，電流沒有流經(jīng)負(fù)載，而直接形成回路。此時電阻僅為導(dǎo)線電阻，R無限接近于0，I接近于無窮大。根據(jù)P=I2R，功率也趨于無窮大，短時間將產(chǎn)生大量能量。這些能量將會以熱能的形式釋放，快速達(dá)到導(dǎo)線或電氣設(shè)備的熔點或燃點，將導(dǎo)線熔斷或?qū)㈦姎庠O(shè)備損毀。造成短路故障的原因主要是電路的絕緣層遭到破壞，因此，需要加強(qiáng)電路的檢查和維護(hù)，如果有必要，需要加裝短路保護(hù)裝置。

1.2 過載過流

過載過流是指通過電氣設(shè)備和電線的電流超過了設(shè)備的額定。如果過載時間過長，電能轉(zhuǎn)化來的熱量出現(xiàn)積聚，導(dǎo)致電纜絕緣層或電氣設(shè)備燒毀，甚至出現(xiàn)漏電和短路事故。過載是導(dǎo)致井下電機(jī)燒毀的主要原因。

過載出現(xiàn)的本質(zhì)原因是電流超過了額定值。如果電氣設(shè)備或電纜本身選擇不當(dāng)，額電流過小，就極其容易出現(xiàn)過載。還有誤操作導(dǎo)致過載。例如，某些輸送機(jī)啟動電流過大，連續(xù)點動啟動，瞬時電流過大沖擊電機(jī)，局部過熱使電機(jī)燒毀。電源電壓過低，電機(jī)內(nèi)異物堵轉(zhuǎn)等也都會導(dǎo)致電機(jī)過載。

1.3 斷相過流

現(xiàn)有的煤礦電氣設(shè)備所用電流都是三相電流，斷相就是指三相中一相短路或電機(jī)的一相繞阻斷路。當(dāng)斷路發(fā)生時，電氣設(shè)備變?yōu)閱蜗噙\(yùn)行，轉(zhuǎn)矩減小，通過的電流增大為三相下的1.7～2.0 倍。如果不及時斷電，必然會燒毀電氣設(shè)備。

導(dǎo)致斷相出現(xiàn)的原因有以下幾種：一是電機(jī)繞阻接線不牢脫落，這種情況發(fā)生較多；二是電纜和電機(jī)接線不牢；三是熔斷器選用不當(dāng)或其他情況導(dǎo)致的熔斷；四是電纜選用不當(dāng)或其他意外情況導(dǎo)致的電纜斷路。為防止斷相情況導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，電機(jī)和電纜都應(yīng)裝有過流保護(hù)裝置。

2 對過流保護(hù)裝置的要求

為了防止過流故障的發(fā)生，需要安裝過流保護(hù)裝置。過流保護(hù)裝置必須滿足以下幾個要求：高選擇性。當(dāng)某條線路發(fā)生過流時，不能影響到正常電路的運(yùn)行，縮小影響范圍；可靠性。隨時處于準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)過流發(fā)生時，不能拒動。當(dāng)沒有過流現(xiàn)象時，不能誤動。通常導(dǎo)致誤動的原因有：電壓波動，電流非周期分量過大，電機(jī)反向啟動，電機(jī)啟動電流過大導(dǎo)致超過保護(hù)電流設(shè)置范圍。而導(dǎo)致拒動的主要原因是：保護(hù)回路不通和設(shè)置不當(dāng)。在故障沒有發(fā)生前，電流已經(jīng)切斷，不使熱量積聚，燒毀電氣設(shè)備[1]。如果要保證保護(hù)裝置的選擇性、可靠性以及靈敏性，除了保護(hù)裝置本身的質(zhì)量外，還需要對其進(jìn)行設(shè)置和整定，避免出現(xiàn)誤動以及拒動。

3 過流保護(hù)裝置的整定

過流保護(hù)一般采用三段式保護(hù)，即瞬時電流速斷保護(hù)（過流Ⅰ段）、限時電流速斷（過流II 段）和定時限過流保護(hù)（過流III 段）。

3.1 瞬時電流速斷

瞬時速斷是為了保證過流保護(hù)的高選擇性和靈敏性。當(dāng)故障發(fā)生時，快速切除故障電路，避免越級跳閘，減小事故的影響范圍[2-3]。

在煤礦中每段電纜僅有1～2 km，因此，本級瞬時速斷整定范圍對于下級末端也有一定的靈敏度，導(dǎo)致下級的保護(hù)效果為零。所以，常規(guī)的瞬時速斷整定方法在煤礦中是不適用的。一般采用“逆向整定”的思路，先設(shè)置一個大于1.5 的系數(shù)Kr，根據(jù)下式計算整定值：

3.2 限時電流速斷

瞬時速斷保護(hù)范圍較窄，無法對整個電路系統(tǒng)全長進(jìn)行保護(hù)，所以需要增加一個后備保護(hù)。該后備保護(hù)應(yīng)與瞬時速斷保護(hù)相結(jié)合。通常使用的是帶有延時的限時電流速斷，延時時間一般在0.25～0.3 s左右。要求其必須滿足選擇性、可靠性和靈敏性的要求。

限時速斷電流IdzII的整定公式為：

式中：Idz2I為下級線路的瞬時斷路整定值；Kr'為可靠性系數(shù)，為1.1～1.2。延時時間一般在0.25 s。

整定完成后需要進(jìn)行靈敏度驗證。校驗方法為短路時兩端的最小兩相電流除以保護(hù)裝置的動作參數(shù)。作為后備保護(hù)時，靈敏度不應(yīng)小于1.15。作為主保護(hù)時，靈敏度不應(yīng)小于1.25。

3.3 定時過流保護(hù)

定時電流保護(hù)是一般作為主保護(hù)的后備保護(hù)。除了保護(hù)線路全長外，還應(yīng)能保護(hù)相鄰線路全長以及相鄰元件，起到進(jìn)后備和遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用[4]。它的工作原理見圖1。

圖1 定時過流保護(hù)原理示意圖

當(dāng)短路電流大于保護(hù)裝置1、2、3 的動作電流時，1、2、3 將會啟動。為了滿足選擇性要求，保護(hù)時間應(yīng)滿足式（3）：

式中：T1、T2、T3分別為到達(dá)點1、點2、點3 時的時間；ΔT為兩點之間的時間差。

由此可見，接近電源，定時過流保護(hù)的動作時間也會相應(yīng)延長?？梢钥闯?，定時過流保護(hù)的動作時間是固定的，和電流大小沒有關(guān)系[5]。它的整定原則為：

1）最大負(fù)荷電流流過被保護(hù)線路時，保護(hù)裝置不動作。

2）切除了相鄰線路的短路故障后，保護(hù)能可靠的返回。

式中：Ire表示系統(tǒng)的短路保護(hù)電流值；Is.max表系統(tǒng)的短路電流值

3.4 自適應(yīng)過保護(hù)系統(tǒng)

目前部分煤礦已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用了自適應(yīng)的過電流保護(hù)系統(tǒng)，如圖2 所示，它的主要特征是整定值能夠隨電流變化進(jìn)行調(diào)整[6]。

圖2 自適應(yīng)過保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

它的每段都有瞬時速斷和反時限的過流保護(hù)，并采用了連鎖控制，整個數(shù)據(jù)采集都在短路的暫態(tài)過程中完成。它的暫態(tài)時間一般為0.2 s，所以各級保護(hù)都延時0.2 s。

4 結(jié)論

通過對供電系統(tǒng)在各階段的整定原理進(jìn)行分析，表明自適應(yīng)過流保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)對供電系統(tǒng)的有效保護(hù)，顯著提升供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，具有靈敏度高、可靠性好的優(yōu)點。