試論煤礦電氣設備與供電系統的保護

摘要:煤礦電氣設備與供電系統保護是整個煤礦安的重要組成部分，做好煤礦電氣設備與供電系統保護工作是做好煤礦安全工作的保障之一，對避免和減少煤礦井下重大安全事故的發生具有十分重要的作用。

關鍵詞:煤礦電氣供電系統保護

0 引言

在煤礦生產中，井下煤礦的電氣設備和供電系統的保護大多采用繼電保護裝置，隨著計算機技術、微電子技術、信息技術、網絡通信技術的不斷發展，智能保護系統已經研制成功，在硬件方面，采用具有強大數據處理能力的DSP微處理器，低功耗可編程邏輯芯片和高集成度的專用芯片，使整個系統的可靠性有很大提高，從而保證了生產質量。

1 井下常見的保護類型

由于井下的環境較特殊，電氣設備分為礦用一般型電氣設備和礦用隔爆型電氣設備，前者不具有防爆性能，適用于沒有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所;后者具有防爆和隔爆性能，適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所。同時，電氣設備按工作電壓高低分為低壓電氣設備和高壓電氣設備，井下電氣設備大多屬一類負荷和二類負荷，工作時的電流、電壓都較大，對其保護是保證可靠性工作的關鍵。目前，過流保護、漏電保護和接地保護是井下的三大保護。

1.1 漏電保護 當電網絕緣電阻小于一定數值時，人觸及后會產生觸電危險，而且漏電不僅會使設備進一步損壞，形成短路事故，同時還導致人身觸電和漏電火花引爆瓦斯、煤塵的危險。因此在井下供電系統中必須裝設漏電保護裝置實現絕緣監視、漏電保護以及補償流過人身的電容電流的作用。按其實現保護功能分為無選擇性漏電保護和有選擇性漏電保護。

1.1.1 有選擇性漏電保護 采用零序電流保護原理。零序電流信號由零序電流互感器獲得。當未發生漏電時，一次側三相電流對稱，其電流相量和為0，二次側無電流輸出;當發生漏電時，一次側三相電流不對稱，其電流相量和不為0，二次側有電流輸出。其裝置與分路開關配合使用，其優點是減少停電范圍，易于查找故障線路，因此被廣泛地使用。

1.1.2 無選擇性漏電保護 采用附加直流電源的保護原理。在包含對地絕緣電阻的檢測回路中附加直流電源，監視其直流電流的變化，達到監測絕緣電阻的目的。該裝置需與低壓自動饋電總開關配合使用。其缺點是停電范圍大，不易判斷漏電線路，但結構簡單、工作可靠;故仍在使用。

1.2 過流保護 電火災產生的主要原因是電網的過電流，而過電流又是由短路、過載引起的，因此防止電火災方法就是防止過流的產生。所以過流保護包括短路保護和過載保護。

1.2.1 過載保護 過載是指電動機的運行電流或電氣設備工作電流大于其額定電流，但超過額定電流的倍數小些，通常是額定電流的1.5倍以內。引起電動機或電氣設備過載的原因很多，如負載突然增加，斷相運行以及電網電壓降低等。若電動機或電氣設備長期過載運行，其繞組或電氣設備的溫升超過允許值使絕緣老化、損壞。過載保護的動作時間與過載電流大小有關，其動作值設定小于短路保護的動作值。動作延時取決于過載程度，過載程度越大，延時越短;過載程度越小，延時越長，此特性稱為反時限特性。延時環節由時間繼電器構成，過載時，電流繼電器動作，其觸點接通時間繼電器線圈，經延時后時間繼電器觸點動作，使執行機構動作，切斷主回路電源，同時發出過載信號。過載保護可由電磁式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器實現。

1.2.2 短路保護 當電器或線路絕緣遭到損壞、負載短路、接線錯誤時將產生短路現象。短路時產生的瞬時故障電流可達到額定電流的十幾到幾十倍，使電氣設備或配電線路因過流而產生電動力損壞，甚至因電弧引起火災。短路保護的動作時間要短，其動作值設定較大，在很短的時間內切斷電源。電磁式繼電器和電子式繼電器均可實現短路保護。

1.3 接地保護 在正常情況下，電氣設備的金屬外殼及架構不帶電，但如果電氣設備的絕緣損壞，其金屬外殼和架構就要帶電。當人觸及此電氣設備時就會發生觸電事故，而且我國規定觸電的安全極限交流電流值為30mA，因此要通過接地保護限制通過人身的電流使其在極限電流之內。保護接地的關鍵是將保護接地裝置的接地電阻降低到規定的范圍內，就可以使流過人體的電流不超過安全極限電流，達到減少觸電危險的目的。

2 煤礦保護裝置

繼電保護裝置是一種能反應系統故障和不正常狀態，并及時動作于斷路器跳閘或發出信號的自動化設備。熔斷器、繼電器和接觸器等都可以用于保護裝置，但由于煤礦系統中正常工作電流和短路電流不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，繼電器和接觸器是目前應用較廣泛的保護裝置。繼電保護裝置分類繁多其基本結構主要包括以下幾部分。

2.1 現場信號輸入裝置 現場信號送入繼電保護裝置一般要進行必要的前置處理，如采用光電隔離技術，消除干擾信號;電平轉換電路使低信號變為強信號易于處理;低通波除高頻信號及紋波電壓等，使繼電器能有效地檢測各現場物理量。

2.2 測量裝置 它是檢測經現場信號輸入電路處理后與被保護對象有關的物理量，并與已給定的設定值或自動實時生成的判據進行比較，根據比較結果給出“是”或“非”，即“0”或“1”性質的一組邏輯信號或電平信號，經判斷確定保護是否啟動。

2.3 邏輯判斷裝置 它是根據測量部分各輸出量的大小、性質、邏輯狀態、輸出順序等信息，按一定的邏輯關系組合、運算，最后確定是否應該是斷路器跳閘或發出信號，并將有關命令傳給執行部分。常用的邏輯一般有“與”、“或”、“非”、“延時”、“記憶”等功能。

2.4 執行裝置 它是根據邏輯判斷部分送來的出口信號，完成保護裝置的最終任務，主要負責保護裝置與現場設備的隔離、連接、電平轉換、出口跳閘的功率驅動，以及現場設備狀態信息的返回等，以使繼電保護裝置能可靠地工作:電氣設備和電力設備發生故障時跳閘，不正常運行時發出信號，正常時不動作的理想狀態。

3 結束語

要想搞好井下電氣安全，電氣設備和供電系統的保護是基礎，同時每個礦井必須明確專職專業技術人員，具體負責井下電氣安全管理工作。完善責任制，要加強井下電氣設備專業化管理，配齊防爆組、電氣管理組、電纜組、小型電器組四個專業組人員，定期對各專業組人員進行培訓、考核工作，切實履行起電氣管理專業職能，確保煤礦安全穩定生產。

參考文獻:

[1]天津大學.電力系統繼電保護原理[M].北京:水利電力出版社.1984.

[2]陳俊源等.低壓觸電保護器[M].上海:上海科學技術出版社.1988.

[3]李義編譯.國外煤礦井下配電系統與設備[M].北京:煤炭工業出版社.1981.