煤峪口礦10 kV高壓柜保護(hù)裝置改造分析

武 超

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 煤峪口礦，山西 大同 037041）

在煤礦安全生產(chǎn)中，為避免長時間停電，要求井下變電所等重要負(fù)荷的供電使用雙電源線，但由于供電系統(tǒng)母線瞬間低電壓閃變造成大面積停電事故，給礦井造成很大危害。供電系統(tǒng)是礦井產(chǎn)能鏈中的重要環(huán)節(jié)，保護(hù)裝置作為供電系統(tǒng)的重要組成部分，對電網(wǎng)及電氣負(fù)荷的穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。隨著礦井的不斷開采，產(chǎn)能不斷提高，井下對電力的需要也越來越大，需要擴(kuò)大供電系統(tǒng)的規(guī)模，同時要提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，對保護(hù)裝置提出了新的要求。

1 概 況

礦用高壓柜的低電壓保護(hù)動作主要是依靠斷路器上自帶的失壓線圈來實現(xiàn)的，煤峪口礦目前使用的是10 kV高壓柜，保護(hù)裝置采用電合閘和電跳閘控制回路，合閘電源是DC220V，通過低壓直流屏為其提供電源，在運行過程中，由于電氣設(shè)備故障而導(dǎo)致變電所進(jìn)線柜跳閘，且備用電源沒有辦法滿足日常供電需要，造成礦井長時間大面積停電，影響設(shè)備的安全運行。為了確保高壓柜能正常合閘，不影響礦井的安全生產(chǎn)，根據(jù)高壓柜的實際情況，對高壓柜進(jìn)行改造。

煤峪口礦在此之前多次出現(xiàn)雷擊停電事故，每次遇到雷擊跳閘時，高壓柜會顯示失壓分閘，保護(hù)器出現(xiàn)過壓報警，沒有跳閘，由于上級的過壓保護(hù)動作會使下級產(chǎn)生失壓跳閘，加上變電所距離母線較近的區(qū)域出現(xiàn)電路短路，使母線低電壓瞬間閃變，造成失壓線圈電壓值低于規(guī)定值，使失壓線圈跳閘。在高壓柜的安裝和使用過程中，由于沒有失壓延時保護(hù)功能，在母線低電壓瞬間閃變后，電壓失電導(dǎo)致高壓進(jìn)線柜缺少高壓失壓跳閘保護(hù)，不能與低壓失壓后的電路形成聯(lián)鎖保護(hù)，造成大面積停電。這種裝置的設(shè)置不符合《煤礦安全規(guī)程》要求，給礦井的安全生產(chǎn)帶來重大隱患。因此，需要加裝失壓保護(hù)裝置，消除安全隱患，確保礦井生產(chǎn)的安全。

2 低壓失壓保護(hù)裝置

通過加裝低壓失壓保護(hù)繼電器來達(dá)到電壓保護(hù)的目的，為了檢測低電壓回路控制電源是否正常，使用同一電源對失壓保護(hù)繼電器和低壓控制回路進(jìn)行供電。如果低壓電源顯示正常，則UPS電源輸出正常，如果低壓電源顯示失壓，則UPS電源失電，電源自帶的蓄電池會逆變出AC220V電源。在正常工作時，UPS電源會將一部分電源輸出至操作回路，供高壓真空斷路器等保護(hù)裝置設(shè)備供電，將另一部分電源輸出至高壓真空斷路器的儲能回路，為設(shè)備提供電源。

在低電壓控制回路正常時，失壓保護(hù)繼電器處于吸合狀態(tài)，輔助常閉觸點斷開，此時高壓跳閘回路不得電；在低電壓控制回路切斷電源后，電壓失電，備用電源會逆變出控制電源，輸出至操作回路和儲能回路，由于低電壓控制回路斷電，低壓保護(hù)繼電器斷開，輔助常閉觸點閉合，此時高壓回路得電，脫扣線圈跳閘，高壓真空斷路器斷開，切斷主回路的電源，使設(shè)備停止運行。失壓保護(hù)繼電器及其輔助觸點可以同時控制單個高壓柜或多個高壓柜。如果在低壓控制回路斷電后，高壓跳閘沒有跳閘，則高壓電源通過真空斷路器給低電壓設(shè)備供電，造成低電壓供電設(shè)備失電而高電壓設(shè)備運行，給供電設(shè)備帶來故障。在停電后，低電壓控制的工作閘會出現(xiàn)抱閘堵轉(zhuǎn)情況，高壓設(shè)備的主電機(jī)會因低電壓堵轉(zhuǎn)而造成高壓電流瞬間增大，導(dǎo)致高壓過流保護(hù)，進(jìn)而出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象，引發(fā)大范圍的停電，造成經(jīng)濟(jì)損失。

3 高壓失壓保護(hù)裝置

在高壓柜上安裝含有失壓延時功能的保護(hù)器，在設(shè)備失電后通過保護(hù)器來控制失壓延時跳閘，同時拆除輸出柜上的失壓線圈，保護(hù)器的分合閘原理如圖1所示。

圖1 高壓柜保護(hù)器改造后的分、合閘原理Fig.1 The switching principle of the high voltage cabinet protector after modification

根據(jù)變電所PT柜中引出的電壓來判斷高壓柜保護(hù)器是否失壓，當(dāng)檢測到電壓低于設(shè)定值時，判定保護(hù)器失壓，通過人為設(shè)定保護(hù)器延時時間，讓高壓柜的斷路器處于閉合狀態(tài)，分閘回路帶動斷路器跳閘。保護(hù)器使用施耐德的Sepam40系列，低電壓延時時間可設(shè)定在50 ms～300 s。由于電源短路造成母線電壓出現(xiàn)閃變一般在幾秒之內(nèi)，因此，通過合理地設(shè)置失壓保護(hù)裝置的延時時間，就可以避免因母線電壓閃變而造成的電路跳閘。同時，定期加強對線路電纜絕緣值的測試，在絕緣值較低且低于規(guī)定值時，需要采取措施進(jìn)行處理，在變電所和一些架空線路上加裝防雷裝置，盡可能地降低低電壓閃變造成的故障率。

將加裝的失壓延時斷開裝置并聯(lián)在失壓脫扣線圈電路上，如圖2所示。由于失壓脫扣器的各線圈參數(shù)都各不相同，因此，要調(diào)節(jié)Rs和R的參數(shù)值。先調(diào)節(jié)Rs的參數(shù)值，使失壓脫扣線圈的電壓值在額定電壓值的35%以下，此時鐵芯能自動脫扣；失壓脫扣線圈的電壓值在額定電壓值的80%以上，此時鐵芯能自動吸合；再調(diào)節(jié)R的參數(shù)值，使失壓脫扣線圈的工作電源在消失1.5～3 s后，鐵芯自動脫扣，以此達(dá)到失壓延時保護(hù)功能。

圖2 失壓延時斷開裝置電路Fig.2 Circuit of delay breaking device

4 結(jié) 語

在煤峪口礦10 kV供電系統(tǒng)的輸出端使用失壓延時保護(hù)，保護(hù)了井下線路的安全，提高了保護(hù)裝置的穩(wěn)定性。由于工作電流相差較大，在主線路發(fā)生故障時，短路電流低于額定工作電流，此時不會發(fā)生越級跳閘現(xiàn)象。當(dāng)井下約20%的線路都出現(xiàn)兩相短路時，保護(hù)裝置可以進(jìn)行無時限跳閘保護(hù)。采用改造的10 kV高壓柜保護(hù)裝置后，自運行以來，因母線低電壓閃變而引發(fā)的停電事故率顯著降低，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以提高。