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低电压保护在煤矿井下防晃电中的应用

1 研究背景

随着国家淘汰煤炭落后产能的逐步推进,煤矿企业对安全生产的要求也不断提高,煤矿安全生产形势越来越严峻。随着煤矿机械化、自动化水平的提高,煤矿企业对矿井供电安全的要求越来越高,由于供电系统运行过程中往往受到各种外界因素的影响,如雷击、台风、短路等,容易造成供电系统瞬时的电压波动或失压现象,其发生时间一般不超过1.5s,并能自发恢复正常供电,即为日常所说的晃电现象。

 

2018525日 和729日,因雷雨天气,矿区多条矿井架空电源线路落雷造成供电系统继电保护动作,瞬间电压缺失,引发井下隔爆高压开关综合保护装置欠(失)压保护动作,造成井下大面积停电或引起局部通风机停风、瓦斯超限等问题,对矿井的安全生产造成了较大的威胁。

 

供电系统中低电压(由于系统闪络)是造成欠压保护动作的主要原因。矿井供电系统中低电压通常是由以下几个原因引起的:冲击负载、大型电动机启动、供电系统故障以及雷电天气。前两种原因在矿井高压供电系统中影响不严重,只要设备的供电设计合理或改变冲击负载及大型设备的启动方式,对供电系统的冲击可以限制在一定范围内,不会对供电系统运行造成影响。后两种故障电流大、对电网冲击较大、影响范围广,是造成供电系统低电压的主要原因。

 

2 矿井设备现状

欠压保护主要有2个保护作用:电源电压下降到额定电压的75%时,欠压保护动作切断负荷电源,防止因为电压过低损坏电气设备;当电源停电时,欠压保护分断电源开关,当电力系统恢复正常时,必须人工合闸,防止电源恢复时,开关合闸,电动机自行启动或发生其他事故,从而保证安全。

 

按照《煤矿安全规程》及其他相关规程、规范要求,对定值进行规范整定,电压定值降至额定电压75%,适当增加延时时间。确保系统在瞬时低电压时,开关不跳闸,不影响井下保安负荷的安全运行。系统电压低于额定电压的75%时,开关能延时跳闸,确保设备在欠电压运行时不被损坏。

 

根据晃电的特点,在矿井地面上级电网瞬间电压缺失期间,保持井下隔爆高压开关综合保护装置低电(失)压保护不动作,就能在上级电网发生晃电期间大大减少对煤矿井下供电系统的影响。但是,要真正实现隔爆高压开关失压保护经过延时躲过瞬间(约为12s)电压缺失,还要综合保护装置内部后备电源正确维护及隔爆高压开关本身控制器延时的合理配合;失压延时保护必须保证电网真正长时间停电后隔爆高压开关能可靠动作,防止来电后自动送电引起设备自启动和其他严重后果。

 

目前,公司车集煤矿井下使用的隔爆高开关均为矿用隔爆兼本质安全型电磁线圈高压开关。由于综合保护装置和控制器产品种类较多,仅有部分新式综合保护装置低电压及控制器有延时功能,经过现场多次模拟试验,矿井大部分隔爆高压开关功能不能满足防晃电要求。

 

3 利用综合保护装置低电压保护原理

根据低电压保护延时原理对其关联的隔爆高压开关综合保护装置进行技术改造,将综合保护装置低电压保护升级为整定值及延时均可设置,同时对控制器进行升级,将控制器升级为可延时动作。

 

升级后的综合保护装置内部含后备电源,电网停电后可为综合保护装置内部供电,按综合保护装置内部用户失压整定要求,实现隔爆高压开关低电压后延时跳闸功能,避免大面积停电事故的发生;隔爆高压开关设有内部低电压脱扣延时电路动作原理如图1所示。。

 

当电网电压波动时,SJ两端电压下降,SJ时间继电器释放,其常开接点SJ-1延时打开,作用于隔爆高压开关控制器,使隔爆高压开关跳闸。同时,可为隔爆高压开关综合保护装置及控制器引入独立可靠的后备电源,为隔爆高压开关综合保护装置、永磁机构分合闸控制器引入备用防爆蓄电池电源,电网供电电源正常时由隔爆高压开关自身电压互感器供电,电网供电电源停电后,自动切换至防爆蓄电池供电。

 

通过对综合保护装置及控制器进行升级,综合保护装置在保持原通信规约不变的基础上,对低电压保护升级为定值及延时可调,对控制器也升级为延时可调,升级后对综合保护装置低电压及控制器均投入2s延时,升级后能实现隔爆高压开关失压保护经过延时躲过瞬间电压缺失,保证电网真正长时间停电后原开关能可靠动作,防止来电后自动送电引起设备自启动及其他严重后果。

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4 结论

煤矿防晃电是一个系统工程,不仅要完善矿井高压架空电源线路的防雷电设施,对易受雷击的重点线路和部位要采取局部防雷措施,还要合理设计煤矿井下供电系统,通过科学合理的保护整定,提高完善的供电管理水平。同时,研究推广连续供电技术、智能电网自愈合系统、备用电源以及母联快速切换技术等,最大限度降低晃电对供电系统的危害。本文根据晃电的特点,提出了一种简单可行的技术方案,该方案投入少、施工简单、可靠性高,有利于保障煤矿的安全生产。

 

上海求所生产的智能防晃电模块是为解决设备在连续生产过程中由于电网电压不稳定造成停机事故而研发的一种专用模块,它能够实时检测设备运行中的电压状态,如果电网电压突然发生晃电现象,在设定时间内电网电压又快速恢复正常,该模块可以使接触器保持不脱扣,从而使设备继续,避免生产事故的发生。