淺談欠電壓保護在煤礦中的應用

摘要：由于煤礦生產的特殊性，供電中斷不僅會影響正常生產，甚至可能發生人身事故或設備的重大損壞，嚴重時會危及礦井安全，所以保證礦井供電的安全可靠運行尤為重要。由于各種原因引起供電系統電源電壓瞬時下降時，可能造成非故障線路開關的欠電壓釋放保護誤動作。針對這種實際情況本文提出的改進措施，具有一定借鑒意義。

關鍵詞：電源電壓 瞬時下降 延時釋放 整定原則

0 引言

《煤礦安全規程》規定，井下高壓電動機、動力變壓器的高壓側應有短路、過負荷和欠電壓釋放保護。這是保證礦井安全供電所必須的繼電保護。欠電壓釋放是防止電動機同時起動所設置的繼電保護，也可防止電機自啟動而引起機械傷人事故。但在發生短路故障或系統電壓瞬間降低或消失時，有可能使系統中母線電壓降低到欠壓釋放保護動作值，造成非故障線路開關全部誤動作。目前井下開關裝設的欠電壓釋放保護裝置均為速斷元件，為此應使欠電壓釋放保護帶有時限，以避免系統電壓瞬間降低造成的誤動作。礦井供電由地面變電站將35kV或以上的電網電壓降至6kV(或10kV)后供給各高壓用戶，井下用電是由地面變電站用高壓電纜經井筒送至井下中央變電所，然后再配給井下各高壓負荷。隨著礦井開采水平的不斷延伸，供電距離越來越長，停電后影響范圍大，恢復時間長。在井下特殊的工作環境下，電氣設備和電纜極易受潮濕和砸壓等，而使絕緣降低，損壞或造成電氣設備短路事故。

1 改進措施

在欠電壓釋放保護裝置上加裝時限，必須考慮原有開關條件，盡可能做到投資少、便于安裝、維護簡單等。其主要方法有增加時間繼電器法和電容器儲能放電法。前者具有時限可調、精度高等優點，但必須有獨立的操作電源，難度較大，現場不易實現；后者不需要獨立的操作電源，安裝簡單，適合井下各種場合，缺點是時限不可調。當應用于固定場所時，這種方法完全能夠滿足礦井供電需要。下面主要討論后一種方法。目前我國煤礦普遍采用GFW、KYGG、PB、BGP等型號的高壓開關。其欠電壓釋放保護(原稱無壓釋放保護)裝置均采用交流電磁鐵，由電壓互感器二次側提供100V交流電源，電磁鐵得電吸合。當系統電壓降低或消失后，電磁鐵失電釋放，操作機構動作，斷路器跳閘。電磁鐵吸合參數即為欠電壓釋放參數。欠壓脫扣器線圈電壓為額定電壓的百分數，當≤35%時，脫扣器鐵芯的工作狀態可靠釋放；當>65%，不得釋放；當≥85%時，可靠吸合。增加時限后的欠電壓釋放保護動作特性，必須符合上述標準的規定。

1.1 改造方案 更換交流脫扣電磁鐵為直流脫扣電磁鐵；增加晶體二極管整流橋及電容器。

1.2 工作原理 正常情況下電壓互感器二次側輸出交流電壓經晶體二極管橋式整流，電容器儲能，直流脫扣電磁鐵得電吸合。當系統電壓瞬時下降后，二極管截止，電容器與電磁鐵線圈直流電阻組成一階電路的零輸入響應，電容器儲存的電能向電磁鐵線圈放電，電磁鐵繼續保持吸合狀態。電容器兩端電壓隨時間呈指數規律衰減。即Uc=Uoe-t/RC式中；式中：Uc-電容電壓隨時間t放電電壓；Uo-電容初始充電電壓值；R-電磁鐵線圈直流電阻；C-電容器的電容量。當延時一段時間t后，系統電壓仍未恢復，而電磁鐵線圈兩端電壓降到動作值時電磁鐵釋放，斷路器跳閘。由上式得出；當初始電壓和電磁鐵參數確定后，延時的時間取決于電容量的大小。

2 時限整定原則

定時限欠電壓保護時限的整定原則應考慮以下幾個方面：

2.1 電網電壓瞬時降低后的恢復時間 由于短路故障造成的壓降，欠電壓保護的時限應大于切除短路電流時間。因為只有切除系統中的斷路電流，電網電壓才能恢復到正常值。礦井地面變電站6kV饋出線過電流整定時限一般為0.5~1s，而井下過電流全部是速斷保護(即0s)，考慮到斷路器固有分閘時間和滅弧時間等，因此欠電壓保護時限應大于過電流時限一個時間階段。

2.2 對電動機的影響 電源電壓降低直接影響到電動機輸出轉矩和轉速，實際上電壓瞬時降低，電動機并未停轉，只是轉差率略有增大，欠電壓保護增加時限后，電動機應在允許轉差率范圍內運行。據有關資料分析：①為了保證重要電動機自起動而需要切除的次要電動機，可裝置0.5s時限的欠電壓釋放保護。②不允許或不需要自啟動的電動機欠壓釋放保護時限為0.5~1.5s。③允許自啟動的電動機為保證人身和設備安全，在電源電壓長時間消失后須從電力系統中自動切除，可延時5~10s。④變壓器高壓側開關的欠電壓保護時限。

3 結束語

低壓電動機的通斷一般是由接觸器進行操作，而接觸器在電壓降低到45%~55%時脫扣器動作，電動機必須重新操作起動，因此變壓器高壓側的欠壓保護增加時限是為了減少停電時間和高壓操作。故而礦井6kV系統的欠電壓保護時限整定為0.5~1.5s范圍是比較合理的。