曹磊勝

（山西煤炭運銷集團首陽煤業(yè)有限公司，山西晉城 048400）

0 引言

煤礦中安裝的高壓防爆開關(guān)保護設(shè)備是開關(guān)柜內(nèi)部的關(guān)鍵部件，不具備較強的穩(wěn)定性，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，極易導(dǎo)致故障發(fā)生，對礦井生產(chǎn)造成了一定的影響。煤礦內(nèi)部所運用的核心設(shè)備大多運用了一級負荷，一旦供電體系出現(xiàn)故障，不僅會對井下的正常生產(chǎn)造成了影響，而且極大威脅著工作人員的人身安全。例如，用來保持礦井中空氣流通的通風(fēng)設(shè)備和抽水泵都采取了雙回路供電的模式，一旦供電系統(tǒng)發(fā)生問題，局部通風(fēng)機的運行將會受到影響，導(dǎo)致瓦斯事故發(fā)生；就算供電系統(tǒng)的運行恢復(fù)正常，礦井內(nèi)部的機電設(shè)備接通電源之后，依舊會產(chǎn)生瞬間超負荷。為了防止故障修復(fù)之后因瞬時通電所導(dǎo)致的線路瞬時過載而危害電網(wǎng)或因電機自啟之后導(dǎo)致人員受傷，礦井中的高壓電動機及相應(yīng)的高壓控制設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備各個保護功能。現(xiàn)階段，高壓防爆開關(guān)中所設(shè)置的欠電壓釋放設(shè)備大多具有迅速斷電、瞬間的特點，極易因錯誤操作而產(chǎn)生故障[1]。

1 故障原因

開關(guān)欠壓保護發(fā)生的關(guān)鍵因素就是供電系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的高壓及低壓瞬間轉(zhuǎn)化。供電系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生低壓閃變的原因：（1）沖擊載荷，在啟動設(shè)備的時候，瞬時功率將會大于額定數(shù)值，極大沖擊了電路；（2）直接開啟大電機；（3）供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障，電路中產(chǎn)生的電流無法滿足使用需求。

2 高壓隔爆開關(guān)欠電壓保護

2.1 欠電壓保護原理

當(dāng)供電系統(tǒng)接入負荷及電壓持續(xù)提升到額定值的85%之后，勵磁線圈就會啟動，使鐵芯在通電狀況下形成磁性，同時所產(chǎn)生的引力也會超出彈簧的彈力，以驅(qū)動牽引桿運行，促使鎖扣維持閉合狀態(tài)，從而使通路保持通暢。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障或者線路壓力降低時，當(dāng)系統(tǒng)電壓處于標(biāo)定值的35%之內(nèi)時，該欠電壓脫扣器將會保持靜止，不能正常啟動運行，只有利用反作用彈簧在其彈力的影響下來驅(qū)動推桿，推開鎖扣，以有效保護線路。欠電壓脫扣器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 欠壓脫扣器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 欠電壓保護

處于欠電壓保護的背景下，主要存在2個轉(zhuǎn)換值，因此，欠電保護也可以形成2種作用。（1）當(dāng)供電系統(tǒng)產(chǎn)生故障之后，電壓將會持續(xù)減小，設(shè)備的正常運行受到影響；并且在非正常區(qū)域工作的時候，就屬于低壓運行，一旦設(shè)備長時間維持低壓運行，就會受到較大的損壞；當(dāng)欠電壓狀況發(fā)生時，就必須將線路及時斷開。（2）當(dāng)故障出現(xiàn)的時候，設(shè)備的運行將會受到影響，處于停止或即將停止的邊緣；當(dāng)線路可以正常運行之后，很多設(shè)備將會同一時間啟動，負荷也會瞬時間進入到電路中，電壓再次出現(xiàn)降低；當(dāng)電壓持續(xù)降低到額定值的65%之后，欠壓保護動作將會斷電，避免因過低

的電壓而導(dǎo)致設(shè)備受到損壞，當(dāng)供電系統(tǒng)恢復(fù)正常之后，電氣設(shè)備會因為瞬時恢復(fù)運行而傷害到工作人員[2]。

2.3 故障原因分析

欠電保護在設(shè)計及運行的過程中都較為合理，但是對供電系統(tǒng)而言，其內(nèi)部所具有的聯(lián)動機制將會對其產(chǎn)生驅(qū)動作用。在實際應(yīng)用的過程中會迅速產(chǎn)生故障，甚至是瞬時間出現(xiàn)低壓問題，或者母線的電壓因某個支路的故障問題而不斷降低。礦井中的主線會因局部較小的問題而出現(xiàn)短路故障，進而導(dǎo)致礦井發(fā)生大區(qū)域斷電的問題，這不僅嚴(yán)重影響到工作進度，而且會消耗較多的人力及物資。因此，欠電壓保護體制必須具備合理的斷電形式，促使連鎖反應(yīng)的容錯率不斷提升。

3 防爆開關(guān)的優(yōu)化改良

3.1 明確延遲時間

經(jīng)過優(yōu)化改良之后，與所有線路形成的延遲動作相比，其延遲時間多出了一個時間基數(shù)，為線路及設(shè)備保留了一個緩沖時間。當(dāng)?shù)V井通電之后，時間基數(shù)大多為0.5 s。處于35 kV電壓的電路中，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)定，取1～2 s的定時過流保護，再加入一個時間基數(shù)，因此在改良之后，其延遲時間處于1.5～2.5 s之間；處于6～10 kV的電路中，取15 s之內(nèi)的定時過流保護，因此改良之后，其時間為1.5 s，備用電源會在0.5～1.5 s之間發(fā)生作用。由上述可知，在全部保護動作得以實現(xiàn)的時間區(qū)域內(nèi)，設(shè)定最大數(shù)值，改良之后的延遲時間為2.5 s。

3.2 優(yōu)化方案

以往所使用的防爆開關(guān)欠電保護設(shè)備會發(fā)生一系列影響電路的連鎖反應(yīng)，使電路出現(xiàn)斷電問題。因此，改良就是根據(jù)以往發(fā)生反應(yīng)的機理來調(diào)節(jié)斷電形式，使供電系統(tǒng)不會因短期斷電或電壓發(fā)生改變而觸發(fā)斷電開關(guān)[3]。

3.3 延時驅(qū)動欠電壓保護原理

對于高壓防爆開關(guān)內(nèi)部安裝的欠電壓脫扣裝置，可以采用JT型直流電磁繼電器來進行取代，在將驅(qū)動欠電壓保護裝置加以改良之后，其流程圖如圖2所示。圖中，JT、JT1、TQ和E分別為JT型直流電磁繼電器、感應(yīng)電路觸點開關(guān)、跳閘線圈和感應(yīng)單元。其發(fā)生保護動作的原理為：當(dāng)供電系統(tǒng)維持正常運行時，繼電器JT就可以連通電源，使JT1彈開，此時控制電路就會斷開，但并不會對防爆開關(guān)的手動操作造成影響[4]。當(dāng)線路出現(xiàn)故障或拉閘出現(xiàn)斷電之后，電壓的實際數(shù)值將會小于額定數(shù)值，超出JT發(fā)生斷電的延遲時間，JT失去電力，JT1出現(xiàn)復(fù)位閉合，TQ則會連通，產(chǎn)生一種磁力，充分吸引感應(yīng)單元E，驅(qū)動線路中所安裝的高壓開關(guān)將會發(fā)生斷電問題。

圖2 延時驅(qū)動欠電壓保護優(yōu)化改造示意圖

3.4 延時的工作原理

JT型直流電磁延時繼電器，磁軛與鐵芯是以圓柱形整體電工鋼為材質(zhì)來進行加工的，使兩者融為一體，再運用鋁基座進行澆鑄形成，進而使裝配氣隙和磁阻得以降低，其所具有的靈敏度不斷提升。極靴以圓形來套入鐵心的端部，銜鐵則加工成板形，設(shè)置在磁軛的端部，可以以棱角為中心進行轉(zhuǎn)動，繼電器可以在斷電釋放的狀況下，利用反力彈簧來打開銜鐵，鐵芯上方設(shè)有線圈，而磁軛上端安裝有阻尼銅套，以實現(xiàn)延時的效果。在銜鐵與鐵芯相互接觸的部位安裝有一個非磁性墊片，可以降低剩磁造成的影響[5]。該型號繼電器的構(gòu)造圖如圖3所示。

圖3 JT型直流電電磁延時繼電器結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)控制線路做出閉合動作之后，線圈將會接通電源，形成磁通，并呈現(xiàn)出上升的趨勢，當(dāng)其達到某個數(shù)值之后，就會產(chǎn)生相應(yīng)的磁力，使鐵芯與銜鐵之間形成較好的接觸；當(dāng)控制電路斷電之后，其內(nèi)部將會立即流失外界的電流，由于該過程的發(fā)生極為迅速，根據(jù)楞次定律，線圈中存在的磁通量將會在不斷減少的過程中形成一個電流，同時與磁場相互作用，形成一種力，從而對磁通量造成影響，使其持續(xù)降低[7]。阻尼外套中所存在的感應(yīng)電流將會對磁路產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致其磁性不斷減弱，磁力從完全吸引到被彈開，這段時間就是延遲時間，它是可以通過改善彈簧的松緊度來進行調(diào)整的[8]。

4 結(jié)束語

礦井下安裝的高壓防爆開關(guān)欠電保護裝置在改善之后，具備了延時功能，極大避免了電壓因短時間內(nèi)劇烈變動而產(chǎn)生誤差問題，可以通過對繼電器內(nèi)部彈簧的松緊狀態(tài)進行調(diào)節(jié)來嚴(yán)格控制延遲問題。經(jīng)過相關(guān)測試之后，JT3型繼電器大約有0.8～3 s的延遲時間，應(yīng)用效果最佳。優(yōu)化改良之后的高壓防爆開關(guān)在實際應(yīng)用的過程中可以極大避免因短期斷電或電壓發(fā)生變化所導(dǎo)致的礦井大區(qū)域斷電問題，促使供電系統(tǒng)具備更高的穩(wěn)定性。