礦用隔爆高壓真空配電裝置與高壓軟啟動(dòng)整定配合研究

陳 健

（西山煤電集團(tuán)公司東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

隨著礦井采掘深度的不斷增加，瓦斯涌出量也在不斷加大，加劇了瓦斯抽放泵張的運(yùn)行功率，導(dǎo)致瓦斯抽放泵站的高壓真空配電裝置頻繁越級(jí)跳閘，影響礦井的瓦斯抽放質(zhì)量和效率，進(jìn)一步影響礦井的安全生產(chǎn)順利開展。為保障礦井的安全生產(chǎn)需對(duì)因電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷大導(dǎo)致的跳閘現(xiàn)象進(jìn)行分析研究。

1 東曲礦羊圈港瓦斯抽泵站供電系統(tǒng)概述

東曲礦羊圈港瓦斯抽放站安裝有兩臺(tái)2BEC-72水環(huán)真空泵，使用情況為一用一備。配兩臺(tái)額定電壓6 kV的800 kW電機(jī)，電機(jī)額定電流92.7 A，運(yùn)行電流60 A。該礦區(qū)35 kV變電所不同兩段供兩趟6 kV電源，軟啟動(dòng)型號(hào)為山東濟(jì)源KBGR-200/6，由于該系列高壓軟起動(dòng)器本身無隔離開關(guān)，為保證檢修安全，在其前級(jí)安裝一級(jí)配電裝置，型號(hào)為八達(dá)PLG9L-200/6Y配電開關(guān)。

2 高壓配電裝置電流保護(hù)原理

2.1 三段式電流保護(hù)工作原理

三段式電流保護(hù)工作原理是第一階段電流速斷保護(hù)與第二階段的電流限時(shí)速斷保護(hù)及第三階段的電流定時(shí)速斷保護(hù)間整定配合對(duì)系統(tǒng)線路和電機(jī)的保護(hù)方式。

2.1.1 保護(hù)動(dòng)作條件

三段式相間電流保護(hù)動(dòng)作條件即當(dāng)保護(hù)跳閘壓板投入時(shí)，整定值小于任一相保護(hù)電流I時(shí)，保護(hù)動(dòng)作：Imax＞第一階段保護(hù)電流I1，保護(hù)無時(shí)限動(dòng)作；Imax＞第二階段保護(hù)電流I2，保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T2后跳閘；Imax＞第三階段保護(hù)電流I3，保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T3后跳閘[1]。

線路系統(tǒng)的主保護(hù)方式為電流速斷保護(hù)和電流限時(shí)速斷保護(hù)，第三階段的電流定時(shí)速斷保護(hù)及過流保護(hù)為系統(tǒng)線路及其他線路的近后備和遠(yuǎn)后備保護(hù)。系統(tǒng)線路中第三段電流保護(hù)的整定值、保護(hù)時(shí)間及跳閘壓板均進(jìn)行獨(dú)立設(shè)定。

2.1.2 三段式相間電流保護(hù)邏輯

三段式相間電流保護(hù)邏輯圖如圖1所示。

圖1 三段式相間電流保護(hù)邏輯圖

2.2 反時(shí)限過流保護(hù)原理

反時(shí)限電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限是結(jié)合短路電流大小而進(jìn)行變化的，當(dāng)電流小時(shí)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越慢，相反電流越大時(shí)，其保護(hù)動(dòng)作時(shí)間則越快。

標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式：

非常反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式：

極端反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式：

長(zhǎng)反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式：

式（1）—（4）中：I為故障電流；Ip為啟動(dòng)電流；tp為反時(shí)限過流保護(hù)時(shí)間整定值，取2。

2.3 動(dòng)作條件

當(dāng)電機(jī)工作狀態(tài)異常、存在超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鑒于電機(jī)自身具有一定的過載能力，當(dāng)過載電流越大，通過時(shí)間越快；過載電流越小時(shí)，通過的時(shí)間越慢。電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電流過載情況下和允許工作時(shí)間為反時(shí)限特性，均設(shè)有反時(shí)限過流保護(hù)裝置。反時(shí)限電流保護(hù)跳閘壓板投入，則保護(hù)延時(shí)跳閘，保護(hù)告警壓板投入時(shí)，系統(tǒng)保護(hù)延時(shí)告警[2]。

為使電機(jī)具有過載能力，需將保護(hù)電流的整定值調(diào)整高，如1.05倍的額定電流，根據(jù)通入電流I大小不同，相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間Tfs不同，電流越大動(dòng)作時(shí)間越短。

2.4 保護(hù)邏輯

反時(shí)限跳閘保護(hù)邏輯圖如圖2所示。

圖2 反時(shí)限跳閘保護(hù)邏輯圖

3 電流保護(hù)整定計(jì)算

供電系統(tǒng)整定計(jì)算如圖3。

圖3 供電系統(tǒng)整定計(jì)算圖

瓦斯抽泵站電機(jī)額定電流為92.7 A，根據(jù)公式（5）計(jì)算整定電流：

式中：Iop為繼電保護(hù)動(dòng)作電流整定值，A；Krel為保護(hù)裝置可靠系數(shù)，取1.6；Kst為接線系數(shù)，取7；INM為變壓器額定電流，取92.7A。將數(shù)值帶入公式得Iop=1038A。

4 反時(shí)限過電流保護(hù)分析

4.1 投入反時(shí)限過電流保護(hù)中出現(xiàn)的問題

在調(diào)試過程中出現(xiàn)高壓軟起動(dòng)器啟動(dòng)過程時(shí)，前級(jí)配電裝置過電流動(dòng)作情況。調(diào)試過程出現(xiàn)問題為：瓦斯抽放泵正常啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)三次反時(shí)限過電流動(dòng)作，反時(shí)限過電流動(dòng)作值分別為14.8 A、15.44 A、15.68 A，電流互感器為200/5，換算為一次整定值為592 A、617 A、627 A。

4.2 故障分析

由于高壓軟啟動(dòng)器采用電流斜坡模式起動(dòng)，電流斜坡模式起動(dòng)過程中啟動(dòng)電流具有如圖4電流波形圖。

圖4 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流波形圖（A）

圖 4中：初始起動(dòng)電流 Iini為（50%～400%）IFLA，可調(diào)（IFLA是電動(dòng)機(jī)全電流）；最大起動(dòng)電流Imax為（100%～600%）IFLA，可調(diào)；脈沖突跳電流 Ikic為（100%～600%）IFLA，可調(diào)。斜坡時(shí)間 tramp為 0～120 s，可調(diào)；脈沖突跳時(shí)間 tkic為 0.1～10 s，可調(diào)。

根據(jù)長(zhǎng)反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式計(jì)算得出長(zhǎng)反時(shí)限：

根據(jù)極端反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式計(jì)算得出極端反時(shí)限：

根據(jù)非常反時(shí)限電流保護(hù)計(jì)算公式計(jì)算得出非常反時(shí)限：

2月6日，1號(hào)機(jī)啟動(dòng)時(shí)共出現(xiàn)兩次反時(shí)限過流；3月15日，1號(hào)機(jī)啟動(dòng)時(shí)1號(hào)機(jī)出現(xiàn)1次反時(shí)限過流動(dòng)作，每次為啟動(dòng)14 s，反時(shí)限過電流動(dòng)作，開關(guān)跳閘。綜合以上反時(shí)限動(dòng)作事故，經(jīng)分析每次啟動(dòng)約12～14 s后，出現(xiàn)高開斷路器反時(shí)限動(dòng)作。

4.3 原因分析

根據(jù)計(jì)算當(dāng)使用長(zhǎng)反時(shí)限動(dòng)作曲線時(shí)，動(dòng)作時(shí)間為58.3 s，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間過長(zhǎng)，失去保護(hù)作用；使用極端反時(shí)限動(dòng)作曲線時(shí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為8.7 s，躲不過啟動(dòng)時(shí)間，故無法使用反時(shí)限曲線保護(hù)。

5 系統(tǒng)整定配合解決方案

動(dòng)作時(shí)限按躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間整定，具體情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行整定18 s。在保護(hù)“跳閘”壓板投入，任一相保護(hù)電流I大于整定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作；Imax＞I1，保護(hù)無時(shí)限動(dòng)作；Imax＞I2，保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T2后跳閘；Imax＞I3，保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T3后跳閘。

另外投入高壓軟啟動(dòng)器過載保護(hù)，固態(tài)軟起動(dòng)器具有微機(jī)過載保護(hù)器，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)選擇各種保護(hù)。當(dāng)電機(jī)發(fā)生電流過載故障時(shí)，高壓軟啟動(dòng)器可以有效地保護(hù)電機(jī)。因此瓦斯抽泵站電流保護(hù)方式為：瓦斯抽泵站的電流速斷保護(hù)裝置內(nèi)高壓配電裝置在進(jìn)行保護(hù)過程中，應(yīng)以限時(shí)速斷為系統(tǒng)線路的主要保護(hù)方式，系統(tǒng)線路中的定時(shí)過流保護(hù)及近后備保護(hù)和其他線路中的遠(yuǎn)后備保護(hù)和變頻高壓軟啟動(dòng)器相互整定配合對(duì)電機(jī)在使用過程中進(jìn)行有效的保護(hù)。無論繼電器裝置采用何種保護(hù)方式，在其規(guī)定動(dòng)作時(shí)間的整定過程中，都應(yīng)離發(fā)生故障點(diǎn)最近的一級(jí)控制設(shè)備執(zhí)行跳閘保護(hù)為準(zhǔn)[3]。

6 結(jié)論

1）按此方案投入定時(shí)限電流保護(hù)方式后，經(jīng)多次啟動(dòng)，瓦斯抽動(dòng)均可以正常啟動(dòng)；電機(jī)發(fā)生電流故障后能可靠地對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。

2）應(yīng)結(jié)合開關(guān)保護(hù)器的具體型號(hào)，制定不同的整定方法。由于新型的開關(guān)保護(hù)器均采用先進(jìn)的電腦保護(hù)器，其基本整定原則和整定計(jì)算方式和原有的開關(guān)所使用的繼電器保護(hù)的方式亦不相同。即使同種保護(hù)方式的繼電器保護(hù)裝置由于系統(tǒng)的供電方式和所承載的負(fù)荷類型不同，其整定值的計(jì)算結(jié)果也不同。

3）當(dāng)實(shí)際承載的負(fù)荷大于變壓器的容量時(shí)，應(yīng)結(jié)合電流的實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行整定，與根據(jù)變壓器的額定電流進(jìn)行整定計(jì)算結(jié)果要準(zhǔn)確。無論何種保護(hù)方式的繼電器裝置，其規(guī)定動(dòng)作時(shí)間的整定過程中，都應(yīng)離發(fā)生故障點(diǎn)最近的一級(jí)控制設(shè)備執(zhí)行跳閘保護(hù)為準(zhǔn)。