10kVA真空照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置的研制

摘 要：10kVA真空照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型，額定容量為10kVA，額定電壓為1140V/660V。本文主要介紹其大容量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離送電，短路保護(hù)距離的校驗(yàn)以及一些其他保護(hù)功能原理和本質(zhì)安全型通訊功能。

關(guān)鍵詞：照明綜保；大容量；長距離；智能

1 概述

隨著煤礦開采技術(shù)的提高和礦井年產(chǎn)量的增加，大型、超大型礦井日益增多，礦井中的巷道越來越長，井下需要的照明距離也相應(yīng)加長。《國家煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定指出：使用機(jī)車的主要運(yùn)輸巷道、兼作人行道的集中帶式輸送機(jī)巷道、升降人員的絞車道以及升降物料和人行交替使用的絞車道，其照明燈的間距不得大于30m；綜合機(jī)械化采煤工作面，照明大門間距不得大于15m[1]。而且一些先進(jìn)礦井實(shí)施亮化工程，要求燈具間距做到不大于10m，因此所需照明設(shè)備的數(shù)量也隨之增多，供電距離也不斷加長。目前，我國礦用隔爆型真空照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置電源變壓器額定容量一般為2.5kVA、4.0kVA，難以滿足我國現(xiàn)有大型礦井的發(fā)展需求，為此，研發(fā)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型10.0kVA真空智能照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置（以下簡稱“照明綜保”），為127V照明及信號(hào)負(fù)載提供可靠的供電、控制和保護(hù)。其主要特點(diǎn)具有容量大、保護(hù)距離長，保護(hù)功能全面、動(dòng)作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2 整體結(jié)構(gòu)

外殼機(jī)構(gòu)采用方形殼體結(jié)構(gòu)，具有快開門門蓋結(jié)構(gòu)，門蓋與殼身之間具有機(jī)械閉鎖結(jié)構(gòu)，當(dāng)隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)下門蓋無法打開。殼身上方設(shè)有接線腔，用于接入來自電源及其照明、信號(hào)負(fù)載和控制線的連線；殼身內(nèi)部裝有10.0kVA電源變壓器、隔離開關(guān)、接觸器等組件；門蓋上裝有智能保護(hù)器、顯示屏、控制按鈕等。通過門蓋上的控制按鈕操作人員可以對(duì)照明綜保進(jìn)行分閘、合閘及其參數(shù)的整定。

3 電源變壓器

本照明綜保電源變壓器采用10kVA大容量變壓器，一次電壓為1140V/660V，二次側(cè)電壓為133V。煤礦井下照明用防爆燈功率按60w計(jì)算，2.5kVA的照明綜保可以帶41盞防爆燈，4.0kVA的照明綜保可以帶66盞防爆燈，而10.0kVA的照明綜保可以帶166盞防爆燈；井下照明設(shè)備間隔按10m計(jì)算，即2.5kVA的照明綜保可以提供的照明長度為410m， 4.0kVA的照明綜保可以提供的照明長度為為660m，而10.0kVA的照明綜保可以提供的照明長度可達(dá)到1660m。由此可見，大容量的照明綜保可以滿足更加遠(yuǎn)距離、更加亮化的照明供電需求。

4 顯示功能

照明綜保配有液晶顯示屏，可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)、三相系統(tǒng)電壓、三相系統(tǒng)電流、漏電阻值、工作頻率及其當(dāng)前時(shí)間。與門蓋上的整定按鈕配合使用可實(shí)現(xiàn)對(duì)照明綜保的參數(shù)進(jìn)行整定。

5 保護(hù)功能及其原理

5.1 短路保護(hù)

照明綜保短路保護(hù)通過對(duì)線路的電流取樣，采用鑒幅式特性進(jìn)行保護(hù)。上文中通過10kVA電源變壓器容量計(jì)算所能提供的照明長度可達(dá)到1660m，但實(shí)際保護(hù)距離并不一定可以達(dá)到，在井下127V供電系統(tǒng)中，照明綜保短路保護(hù)電流整定值根據(jù)《煤礦井下低壓電網(wǎng)短路保護(hù)裝置整定細(xì)則》中供電電網(wǎng)中兩相最小短路電流整定值必須選用額定電流的1.2～1.5倍的規(guī)定[2]。照明綜保二次側(cè)額定電壓取其標(biāo)稱電壓133V，則計(jì)算的10kVA電源變壓器二次側(cè)額定電流為43.4A，其兩相最小短路電流取其下限1.2倍，兩相最小短路電流計(jì)算：Id=43.4×1.2=52.08A，所以短路電流整定值確定為52A。

當(dāng)照明綜保的二次側(cè)兩相最小短路電流整定值選定后，還要通過照明綜保的電源變壓器和所配用的電纜參數(shù)才能計(jì)算出最遠(yuǎn)短路保護(hù)距離。本照明綜保二次側(cè)額定電流為43.4A，從電纜載流量方面考慮按配用電纜按6mm2計(jì)算。短路計(jì)算公式為：

（1）

10kVA電源變壓器線圈電阻值取R1=0.0495Ω，電抗值取X1=0.05Ω；6mm2電纜的電阻值取R2=3.13Ω/km，電抗值取X2=0.095Ω/km。帶入公式（1）得：

計(jì)算結(jié)果L=0.4km（理論計(jì)算值）。

即：照明綜保當(dāng)選用6 電纜且短路電流整定值為52A時(shí)最大短路保護(hù)距離的理論值為400m。利用同樣的方法信號(hào)短路整定值按5A、選用2.5mm2計(jì)算可得保護(hù)距離為1100m（理論計(jì)算值）。當(dāng)線路中的電纜使用其他截面積時(shí)，根據(jù)公式（1）帶入計(jì)算即可；如果實(shí)際要求短路保護(hù)距離大于上述計(jì)算值時(shí)，且所帶負(fù)載沒有達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)可適當(dāng)?shù)臏p小短路電流整定值或采用截面積更大一些的電纜來實(shí)現(xiàn)。

5.2 其他保護(hù)功能及原理

照明綜保還具有以下保護(hù)功能：a.漏電和漏電閉鎖保護(hù)：采用附加直流的方法對(duì)線路絕緣電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)保護(hù)；b.電壓保護(hù)：采用鑒幅式的方法對(duì)線路電壓取樣實(shí)現(xiàn)過電壓、欠電壓保護(hù)；c.風(fēng)電閉鎖和瓦斯電閉鎖保護(hù)：保護(hù)器上有兩組輸入點(diǎn)，可接入瓦斯探測儀和風(fēng)機(jī)開關(guān)連鎖點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)停風(fēng)和瓦斯超標(biāo)的報(bào)警功能。

6 本質(zhì)安全型通訊

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化礦山成為我國煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)煤礦井下變電所無人值班的自動(dòng)化控制，可使煤炭生產(chǎn)更加高效、安全。本照明綜保具有上位通訊功能采用本質(zhì)安全型通訊方式，在智能保護(hù)器內(nèi)部添加了光耦隔離件使上位通訊更加安全可靠，采用標(biāo)準(zhǔn)的Rs_485通訊接口，Modbus通訊協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)自動(dòng)化控制的“四遙”功能。

7 結(jié)束語

本產(chǎn)品的成功研制，滿足了大型礦井大負(fù)荷照明供電的需要，可以減少礦井設(shè)備的投資，采用智能保護(hù)器各項(xiàng)保護(hù)功能達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，對(duì)煤炭生產(chǎn)有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]國家煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[2]煤礦井下低壓電網(wǎng)短路保護(hù)裝置整定細(xì)則[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.