煤礦高壓開關(guān)柜中電弧光保護裝置的應(yīng)用研究

智煥梅

（晉能控股煤業(yè)集團云崗礦，山西 大同 037017）

晉能控股煤業(yè)集團云崗礦中低壓配電系統(tǒng)規(guī)模較大，高壓開關(guān)柜較多，基于多種原因?qū)е屡潆娤到y(tǒng)高壓開關(guān)柜出現(xiàn)機械磨損問題，導(dǎo)致母線故障的出現(xiàn)，電弧光的產(chǎn)生嚴(yán)重危害配電設(shè)備及工作人員的健康。針對這一情況，云崗礦供電隊也對中低壓母線電弧光應(yīng)用了多種常規(guī)保護措施，效果都不是太理想，后進行了高壓開關(guān)柜中PCS-9656D 電弧光保護裝置的實踐應(yīng)用研究[1-5]，有效保護中低壓母線的安全穩(wěn)定運行。

1 電弧光的特點及危害分析

煤礦配電系統(tǒng)高壓開關(guān)柜短路故障容易產(chǎn)生電弧光，電弧光產(chǎn)生時瞬時功率最大達40 MW，設(shè)備內(nèi)部最高溫可達2×104℃，弧光產(chǎn)生和結(jié)束時最高溫可達4.5×103℃，弧光最大電壓可達1000 V，光照強度達正常光照強度的2000 倍。

電弧光在毫秒級時間內(nèi)產(chǎn)生和消失，可釋放巨大的能量，對供電設(shè)備、人身安全都有巨大的破壞性。從云崗礦配電系統(tǒng)電弧光故障的實踐來看，主要產(chǎn)生以下幾種危害：電弧光溫度高，可損壞電網(wǎng)和電纜設(shè)備；電弧可引發(fā)火災(zāi)；溫度過高會導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備發(fā)生爆炸；產(chǎn)生有毒氣體，損害人員的呼吸系統(tǒng)。因此，對于煤礦配電系統(tǒng)高壓開關(guān)柜，應(yīng)當(dāng)設(shè)置相應(yīng)的電弧光保護措施，從而有效降低電弧故障對設(shè)備及人員造成的危害。

2 云崗礦中低壓母線電弧光保護方案分析

2.1 云崗礦電弧光保護方案分析

結(jié)合云崗礦配電系統(tǒng)及高壓開關(guān)柜的實際情況，決定采用電弧光保護裝置來對高壓開關(guān)柜中的母線進行保護，進而有效降低電弧故障的危害性。該礦技術(shù)人員通過市場調(diào)研，綜合對比分析，確定選用南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的PCS-9656D電弧光保護裝置。

PCS-9656D 電弧光保護裝置工作原理：當(dāng)發(fā)生電弧光短路故障時，弧光傳感器可進行快速定位，保護系統(tǒng)快速動作，切斷故障電流，最大限度降低電弧光對設(shè)備的損害及人員傷害。該設(shè)備框架如圖1。

圖1 PCS-9656D 電弧光保護裝置應(yīng)用框架圖

PCS-9656D 電弧光保護裝置支持IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)，支持數(shù)字化過程層IEC61850-9-2 和GOOSE 高速通信；以工頻變化量技術(shù)為依托，構(gòu)成電流、弧光雙判斷，快速可靠，總動作時間小于10 ms；采用無源弧光傳感器，實現(xiàn)模擬光信號的傳輸，抗干擾能力強；可實現(xiàn)故障點精確定位功能，在裝置上直接顯示故障點位置名稱信息；跳閘出口采用IGBT 與繼電器組合出口回路設(shè)計，出口動作時間小于1 ms；跳閘出口提供跳閘矩陣整定，動作后可根據(jù)跳閘矩陣定值分區(qū)域跳閘，跳開相關(guān)斷路器，實現(xiàn)分區(qū)域保護，最大限度縮小事故停電范圍。

2.2 電弧光保護裝置安裝方案

以云崗礦供電系統(tǒng)6 kV 變電站為案例，進行了PCS-9656D 電弧光保護裝置的工業(yè)性試驗研究，其安裝方案如下：

（1）PCS-9656D 電弧光保護裝置就地安裝在6 kV 進線柜位置，確保每臺裝置采集所在進線柜的三相電流，同時留置跳閘出口2 個，之后安裝進線開關(guān)和相鄰的母聯(lián)開關(guān)，并有效采集進線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)的TWJ。

（2）在6 kV 開關(guān)柜母線室內(nèi)壁上安裝PCS-9656D 電弧光傳感器，安裝在各開關(guān)柜的母線室，對主母線和分支小母線進行監(jiān)視。

（3）采用以太網(wǎng)技術(shù)將裝置采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控系統(tǒng)。

（4）對配電系統(tǒng)的實際運行情況的特點進行算法研究，針對發(fā)現(xiàn)的問題進行優(yōu)化改進。

2.3 配置方案分析

云崗礦供電系統(tǒng)6 kV 變電站電弧光保護裝置項目實施的配置方案見表1。

表1 云崗礦6 kV 變電站電弧光保護裝置實施配置

3 效果分析

晉能控股煤業(yè)集團云崗礦6 kV 變電站電弧光保護裝置項目的改造已于2019 年5 月完成。PCS-9656D 電弧光保護裝置從2019 年5 月運行至今，整體運行穩(wěn)定，應(yīng)用效果理想，主要情況分析如下：

（1）PCS-9656D 電弧光保護裝置的應(yīng)用，改變了云崗礦以往中低壓配電系統(tǒng)母線的保護方式，大幅度提高了故障處理速度，有效解決因短路故障弧光造成的危害，設(shè)備損害及維護量大幅度減少，無人員傷亡產(chǎn)生，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全和經(jīng)濟效益。

（2）PCS-9656D 電弧光保護裝置的應(yīng)用，保障了該煤礦配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，裝置的應(yīng)用能快速準(zhǔn)確檢測到短路故障弧光的產(chǎn)生，通過弧光傳感器數(shù)據(jù)的采集、分析、判斷，可以達到快速切除短路故障的目的，將停電事故發(fā)生后生產(chǎn)系統(tǒng)最短恢復(fù)時間確定為1 h，經(jīng)濟價值巨大。