煤礦供電變壓器微機保護裝置的應用分析

郭曉敏

（晉能控股煤業集團雁崖煤業公司， 山西 大同 037031）

引言

綜合保護裝置是煤礦供電設備例如變壓器、高壓開關、變電站等重要部分，它具有短路、缺相保護等優點，但是傳統煤礦供電系統采用的是繼電器保護裝置。該裝置雖然能夠起到保護作用，但是長期供電期間受電磁干擾、振動影響，使該保護裝置靈敏度降低，無法實現高壓供電安全。雁崖煤業公司地面共有兩臺千伏變壓器，主要用于井下采掘設備，由于原變壓器保護裝置安裝時間長，且老化現象嚴重，在電磁及振動作用下，保護裝置經常出現動作保護失效現象，不僅影響井下正常采掘施工，而且在短路情況容易引起變壓器、變電站、供電線網燒毀事故，威脅供電安全。為了解決這一技術難題，雁崖礦供電科通過技術研究，對原變壓器保護裝置進行優化，采用了一套微機綜合保護裝置。

1 變壓器微機保護裝置結構

變壓器微機保護裝置的機箱采用超薄型全封閉設計，能夠安裝在各類柜體內，且內部主要由主板、集中控制器、接線端子、顯示器、數據采集器、電壓互感器、電源模塊、斷路器、電流互感器、電容、保險、二極管、電流變換器以及插件等部分組成[1-2]。

1）該保護裝置的主板采用雙控模式，通過液晶顯示屏連接，可與遠程通訊網口對接，主板的電源來自直流逆變開關，加裝DPS 芯片。

2）該裝置在使用時能夠直觀地將各類數據顯示在液晶屏上，操作人員可以進入保護裝置內部對設備的參數進行修正。

3）集中控制器是保護裝置核心部件，它可以對設備的故障類型進行判斷并對開關的電量進行計算。

4）插件主要包括人機對話插件、開出和開入插件、CPU 插件、電源及交流變換插件；其中人機對話插件能夠將設備的各類運行狀態通過指示燈顯示，同時通過按鍵設定能夠直觀地對設備參數進行操作，使操作人員直觀、詳細地了解設備運行情況。由于CPU 插件具有結構簡單、運算速度快、體積小的特點，表面使用貼裝工藝，可以同時與保護裝置內的監控微機及保護管理機直接通訊。

5）電流變換器能夠將二次監測到的電流信號變為弱電信號，將強電與弱電分開，供其他插件使用。裝置電源使用交流變換插件，能夠輸出兩路5 V 電壓及一路24 V 電壓；一路5 V 電壓用于通訊，一路5 V 電壓用于數字器件，一路24 V 電壓用于顯示狀態量[3]。

6）在斷路器回路中安裝防跳閉鎖模塊，使開關在分合閘時不會對回路的電流造成影響。使用時操作人員可以通過設備操作管理功能來控制斷路器。該保護裝置還安裝了溫度跳閘功能，設計人員通過設置變位來避免保護裝置在生產時受到干擾，確保開關運行的準確性，消除了電磁干擾和開關接點抖動影響。

2 變壓器微機保護裝置工作原理

1）當變壓器發生故障后，電壓及電流的變化會被互感器及時捕捉，并將模擬量數據信號傳入保護裝置，保護裝置經過A/D 轉換后，根據保護裝置設定的保護運算方式進行計算。例如保護裝置運算的結果為存在故障，斷路器會根據變壓器的運行狀態決定是否跳閘，同時將跳閘信號從輸出端口輸入到控制模塊，最終實現開關在故障狀態下切斷電源的功能[4-5]。

2）變壓器微機綜合保護器能夠實時監測變壓器的運行狀態，具有運算速度快、靈敏度高、內核結構高端的特點，同時安裝最先進的信號處理器，能夠實現人機交換、通訊、監測、保護、設定及操控功能，模塊化設計簡化了變壓器電路系統結構，方便檢修人員后期的維護。

3）該裝置具有較好的穩定性與準確性，可同時與多臺設備相連在同一總線上。該保護裝置采用全封閉設計，能夠確保變壓器在復雜環境中保持較好的工作狀態，同時保護裝置還有自我保護功能，防止檢修人員錯誤接線或非正常操作對設備造成損傷；此外保護裝置還具有自我檢查功能，一旦監測到設備存在異常時，會及時報警。

3 變壓器微機保護裝置主要功能

該套保護裝置能夠精準監測各類電流信號，同時還能實現對事故時間的記錄、對事件的上傳、對時間的調校、對監測數據的上傳。此外保護裝置還具有以下主要功能：

1）零序電流保護功能。該功能是對內部元件及接地故障的后備保護，該保護主要由零序功率及零序過流元件組成。其中零序功率元件可以通過軟件設定為指向母線或變壓器，也可以通過設定實現保護投、退動作。

2）變壓器高壓側電流不平衡的動作保護功能。該動作保護功能可實時監測系統的三相電流，并通過計算得出實際不平衡電流大于整定電流后，保護裝置發出跳閘信號，使保護裝置動作。通常延時保護整定不得小于0.2 s，可防止變壓器在未接入任何負荷時三相電流不平衡造成保護裝置誤動作。

3）過流保護功能。當變壓器負荷側電流異常后，為了避免低壓測的異常電流對變壓器及電網穩定性造成影響，將保護裝置安裝在變壓器的低壓側，能夠及時將負荷側的電流切斷來保護變壓器。

4）限時速斷保護功能。速斷保護裝置通常安裝在變壓器的低壓側，在母線端及近端發生故障后，例如斷路器拒動作，安裝速動保護能夠有效防止復壓閉鎖過流保護時限偏長對變壓器造成損害，及時將本側斷路器切斷。

5）差動保護功能。差動保護是變壓器最主要的保護，可在變壓器發生匝間層間短路、高壓側接地短路、內部相間短路時及時監測。變壓器主保護由差流速斷、比率差動、差流越線告警組成。

4 結語

1）該保護裝置通過網絡與計算機相連，方便管理人員、操作人員及時了解供電系統狀態，同時在保護裝置的控制下對井下供電負荷自動合理分配，降低了供電值班人員勞動強度。

2）該保護裝置能夠及時發現故障并切斷電源，有效避免電網波動并及時監測到異常電流信號現象，全面提高礦井供電安全穩定性，防止對其他供電負荷造成影響。同時能夠準確地對各路負荷的運行狀態及數據進行監控，合理調整變壓器負荷，使變壓器的運行更為經濟。

3）該保護裝置能夠對各類供電負荷進行自動化、合理化、微機化、信息化監測，與科學技術水平不斷提高的智能化礦井發展相適應。