新型移動變電站用低壓保護箱的研制

摘 要：該移動變電站用低壓保護箱為礦用隔爆兼本質安全型，額定電壓分3.3kv、1.14kv/0.66kv兩種，額定電流為1250A。主要介紹它的3.3kv、1.14kv/0.66kv兩種電壓等級的通用性、礦用隔爆型移動變電站與低壓保護箱法蘭接口對接的通用性、負載側直接接線方式和采用快速電纜連接器接線方式的通用性，采用PLC保護對短路、漏電以及一些其他保護功能和本質安全型通訊的基本介紹。

關鍵詞：移動變電站；低壓保護箱；PLC；通用性

1 概述

近年來隨著我國煤炭開采技術的不斷提高，為實現煤礦生產高產高效，大功率電氣設備在井下得到普遍應用，礦用隔爆型移動變電站的容量和電壓等級也隨之增大。目前我國采用的礦用隔爆型移動變電站最大容量已經達到6300kvA，低壓側電壓最大已達到3.3kv，但由于煤炭行業的發展不均，煤炭儲量和開采難度的差異，有些產量低或開采難度較大的采區工作面仍然采用1.14kv/0.66kv的小容量礦用隔爆型移動變電站，綜上所述，研制具有多電壓等級通用的移動變電站用低壓保護箱非常必要。

現研制XJD-1250/3.3、1.14（0.66）礦用隔爆兼本質安全型移動變電站用低壓保護箱（以下簡稱“保護箱”）適用于具有瓦斯、煤塵爆炸危險的煤礦井中，為井下額定電壓3.3kv、1.14kv/0.66kv，額定頻率50Hz，額定電流1250A以下中性點不接地供電系統中進行控制和保護。

2 通用性

2.1 連接法蘭

根據GB8286-2005《礦用隔爆型移動變電站》規定移動變電站用低壓保護箱與移動變電站低壓側法蘭連接尺寸：當額定電流大于630A時，法蘭尺寸為（長×寬）600mm×600mm，當額定電流小于630A時，法蘭尺寸為（長×寬）490mm×490mm。現有的保護箱的法蘭規格都是單一的，要通過具體要求來配用不同的法蘭規格，該保護箱采用雙法蘭設計，結合（長×寬）600mm×600mm、（長×寬）490mm×490mm兩種法蘭接口，可同時滿足上述兩種法蘭尺寸的對接。

2.2 電壓等級

目前煤礦使用的保護箱額定電壓分為兩種：3.3kv、1.14kv/0.66kv，該保護箱選用SK3.3-10型電抗器采集電壓信號， PLC保護器會通過電抗器的二次側電壓信號進行取樣，實現保護，可兼容3.3kv、1.14kv/0.66kv兩種電壓等級。

2.3 電纜引入裝置

該保護箱采用負載側電纜直接連接方式和目前比較流行的快速電纜連接器電纜連接方式通用的設計，可根據煤礦開采實際情況選擇其電纜連接方式，提高采區工作面生產效率。

3 保護功能

3.1 漏電保護

由于保護箱對移動變電站下級的供電網絡來說只作為后備保護用，所以不需要具有選擇性漏電保護功能，因此設計基于附加直流的漏電保護方案。附加直流原理見圖1：

圖1中，SK為三相電抗器，提供一個人為的中性點，在PLC保護器中提供一個直流電源。系統運行時，電源信號正極通過EK，BK，SK進入三相電網中，再經RA，RB，RC入地，最后再經過地回到負極。PLC保護器通過檢測電源信號中的電流變化，從而反映了三相電網對地漏電電阻大小。

在井下三相電網中存在分布電容，即圖2中CA，CB，CC，當此分布電容電流較大時，不僅增大了觸電的危險性，而且發生單相接地還增大了點燃瓦斯、煤塵的概率，其后果是不堪設想的。因此在線路中加入了零序電抗器BK可以補償分布電容電流，使系統運行更加安全可靠。

3.2 短路保護

短路保護分為鑒幅式和相敏式兩種，鑒幅方式通過保護直接采集線路電流，通過線路電流大小和額定值來判斷短路故障。相敏保護除了采集線路電流的同時再采集功率因數，將兩者的乘積作為判定依據。

保護箱作為下級設備的總開關用，帶的總負荷比較大，而線路末端負荷一般比較小，為了保護末端設備，整定值就不能很大，而當有大型設備啟動時，啟動電流會非常大，易造成誤動作；若要躲過啟動電流，整定值就必須大，此時將不能保護線路全長，而且靈敏度也非常低，不能滿足保護要求。

從上述分析可以看出，僅以電流幅值的大小來判定短路故障是無法滿足要求的。因此保護箱選用相敏保護的原理。

圖2中，橫線為單獨鑒幅式的保護特性，相敏特性為鑒幅值和功率因數相乘后所構成的保護特性。由圖可知只要選擇兩者合適乘積值，就能躲過電動機啟動電流。

3.3 其他保護

除漏電保護和短路保護之外保護箱還設置了一些其他保護功能，其保護原理大致如下：

（1）電流不平衡保護：采用三相電流采集的方法，對不對稱電流和斷相進行保護；（2）過載保護：采用鑒幅式方法，使用反時限特性，對設備過負荷進行保護；（3）電壓保護：采集線路電壓，應用鑒幅式原理對線路的過電壓、欠電壓進行保護；（4）變壓器超溫保護：將pt100電阻放入變壓器鐵心附近，通過采集阻值變化，對變壓器實時溫度進行檢測和保護；（5）風電閉鎖和瓦斯電閉鎖：保護器上有兩組輸入點，可接入瓦斯探測儀和風機開關連鎖點，實現對停風和瓦斯超標的報警功能。

4 本質安全型通訊

隨著我國科學技術的發展，數字化礦山成為我國煤炭行業的發展趨勢，實現煤礦井下變電站無人值班的自動化控制，可使煤炭生產更加高效、安全。該保護箱具有上位通訊功能采用本質安全型通訊方式，添加了通訊隔離件使上位通訊更加安全可靠，采用標準的Rs_485通訊接口，Modbus通訊協議，可實現煤炭生產自動化控制的“四遙”功能。

5 結束語

該保護箱的成功研制，滿足了大、中、小型礦井不同采區工作面對移動變電站用低壓保護箱的不同需求。各項技術參數到達國際先進水平，有較好的經濟效益和社會效益，同時帶動了國內移動變電站用低壓保護箱的技術和工藝水平的整體發展，也推動了煤炭供電系統的設備更新換代，對提高節能資源、安全穩定生產具有重大意義。

參考文獻

[1]GB8286-2005.礦用隔爆型移動變電站[S].

[2]曲立國，黃友銳，凌六一.礦用移動變電站低壓綜合保護器的研制[J].煤炭科學技術，2007，11：43～46.