相敏保護在煤礦井下供電系統中的應用分析

趙磊磊

（江蘇礦業工程集團公司第四工程處,江蘇　徐州　221140）

相敏保護在煤礦井下供電系統中的應用分析

趙磊磊

（江蘇礦業工程集團公司第四工程處,江蘇徐州221140）

摘要：隨著科學技術的不斷發展，煤礦企業中出現了更多的高產高效礦井，煤礦的機械化程度也隨之提高，煤礦生產機械設備的裝機容量越來越大，使得電動機的啟動電流增大。傳統的短路不能已經不能適應現代化礦井供電系統短路保護的需要。而借助相敏短路保護，跟傳統意義上的計算方法進行比較，設定的短路電流值較小。傳統意義上的計算方法將短路電流整定值計算出來之后，借助相敏短路保護僅僅需要取其它的系數整定就可以。為此，本文闡述了相敏保護的必要性、相敏保護的原理、相敏保護的實現，以及相敏保護的應用。

關鍵詞：相敏保護；煤礦；供電系統；應用

0　引言

由于煤礦井下供電系統所處的環境非常惡劣，設備受潮，絕緣老化的現象時常出現，特別是在有些設備受到機械損傷時沒有及時加以維護，都會影響煤礦的安全生產。這些因素的存在都可能引起煤礦企業井下供電線路和電氣設備缺相或短路故障發生，如果不能及時處理這些線路故障和設備，可能會引發更為嚴重的事故。所以說如果及時發現設備出現斷相或短路故障時，一定要及時迅速處理好，及時進行排除故障，防止事故發生蔓延，從而造成更大的事故，造成更大的傷亡。目前這種故障的狀態主要是靠過電流保護實現，過電流保護動作值的整定是按照躲過最大容量電動機的起動電流或者和它同時運行的電氣設備的額定電流之和作為依據，當煤礦井下供電線路短路電流過大時，這種整定方式就能滿足過電流保護靈敏度的要求。由于我們現在煤礦企業井下使用的很大電動機的啟動電流較大，其啟動電流值與線路出現短路故障時出現的電流值相近，這就使出現短路故障時較難整定。一般的保護裝置是將短路電流的整定值設為電動機的額定電流的十倍，這樣就能躲開起動電流。如果起動電流較大時，因不能區別出三相短路或電動機正常起動，就容易發生誤動作。有的保護裝置是利用延時的方法來躲開正常起動，這種做法也不是很妥當，因為如果再起動的過程中恰好出現短路故障時，就不能對故障的線路進行保護。對于相敏保護裝置來說，恰好能解決這些問題，能起到真正保護的目的。本文重點就是論述相敏保護裝置在現代化礦井供電系統中的應用。

1　相敏保護的必要性

在新的形勢下，煤礦采掘面進一步地延伸，可是相應的電纜橫截面積和電氣設備容量等未能夠得以提高，這嚴重地制約了短路保護的場地的應用，而通過傳統意義上的整定短路的方法，或者是實施分段保護的策略、或者是使得電纜的橫截面積增加、或者是增加變壓器的容量。然而，難以在短時間內增加變壓器的容量，實施并聯變壓器的策略難以實現高的安全要求、投入資金多，以及不利于巷道布置的合理性，而使電纜橫截面積增加的策略僅僅可以并聯應用電纜，如此不但制約空間狹小的巷道質量標準化工程，而且應用多根電纜使得電纜的故障點增多，而實施分段保護的策略，一方面使得保護開關的應用量增多，另一方面分段保護具有相應的危險性，且發生了故障之后，同時應用多個開關使得判斷場地故障的難度提高，進而不能夠迅速地將故障排除。這不利于煤礦的順利生產。鑒于此，在煤礦井下供電系統中應用相敏保護是必然的。

2　相敏保護的原理

在對供電設備和線路在斷相以及短路情況下電壓、電流相位的改變，能夠發現啟動電機過程中的相位有顯著的改變，在發生故障的時候，會存在幾相或者是一相電壓與電流相位差超前或者是接近零，在啟動電機的過程中，電流相位一直屬于滯后的電壓，并且比正常工作過程中的相位差增大，憑借這個特性能夠對設備或者是供電線路一系列過電流是因為非正常狀態還是大容量電機導致的過電流進行區分，盡管是比較小的斷相以及短路電流也可以很好地加以區別，進而使過電流整定的動作值得以減小，以及使過電流保護靈敏的程度大大地增強。結合這個原理進行分析，需要對電壓相位差和電流相位差實施電流保護之相敏過保護裝置進行設計。

3　相敏保護的實現

設備或供電線路通過I-V轉換電路以及電流互感器，轉化電流信號及其電流是一定比例之電壓信號V，此信號以整形電路以及移相的方式形成等同于電流相位的方波信號。向信號比較電路輸送的電流和電壓方波信號電路在電壓相位快于電流相位的過程中，將電壓與電流相位差一致的方波信號輸出。然而，電流相位快于電壓相位的過程中，此電路不能夠把信號進行輸送，它借助信號比較電路對電壓與電流的相位差進行比較，對因為斷相、短路、啟動大容量電機而導致的過電流，借助相位整定的電路，能夠對電壓以及電流相位差動作范圍進行調整，并且借助電流整定電路能夠對過電流的最大值進行調整，進而確保設備或供電線路超出這個整定值的過程中可以迅速地跳閘。

4　相敏保護的應用

在煤礦井下倘若實施傳統意義上的普通方法難以整定供電場合，從而無法有效地保護供電系統。倘若實施相敏保護，能夠降低短路電流整定值，以及確保啟動電機過程中的大電流（超出或者是實現短路整定值），不會導致開關的跳閘，由于相敏保護的長處是可以將線路當中的短路電流、啟動電流、大電流進行區分，倘若線路當中發生短路電流，那么開關能夠瞬間地動作。

相敏短路保護的應用，僅僅需要取其它的系數整定就可以，并且保障短路過程中的保護動作，啟動電機的時候，盡管線路電流比整定值大，保護也不會動作，因而使得短路保護的安全性與穩定性得以增強。

5　結論

綜上所述，在煤礦井下供電系統中應用相敏保護，使得相敏保護的穩定性與先進行得以驗證,相敏保護能很好地實現電流保護的功能，又提高了電流保護動作的可靠性，又解決了井下低壓電網大功率電動機的啟動問題，并且使得供電的安全性大大地提高，將煤礦井下采掘所面臨的短路保護問題解決，在沒有提高當前有關生產設備技術的情況下，大大地提升了企業的經濟效益以及場地管理水平，體現出了科學技術的巨大優勢，奠定了進一步推廣相敏短路保護的基礎。

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作者簡介：趙磊磊（1985—），男，湖北十堰人。2007年畢業于河南理工大學自動化專業，助理工程師，從事機電技術與管理工作。