关于煤矿井下馈电开关智能保护器的有关思考
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【摘要】由于煤矿井下的恶劣环境和长距离的供电要求，经常会出现漏电、短路现象，针对于传统的低压馈电开关保护电路的复杂性，无法很好地保证供电的安全性。因此，技术性能高、容量大的低压馈电开关保护器则成了研究重点。本文从分类、标准及国内发展趋势对煤矿井下低压馈电开关保护器的进行了概述，分析了煤矿井下低压电网经常出现的的故障危险及相应的保护原理。
电力系统是现代化煤矿的动力，它不仅影响着生产，更关系到人员与设备的安全性，要保证实现煤矿安全、高效、稳定的运行与发展，拥有一个稳定、安全、连续的电力系统显得越来越重要，因此，要不断地提高井下供电系统的自动化程度。针对于单台机和机群而言，自动化程度的标准又不相同：对于单台机而言，要求实现自动化、模块化、智能化；对于多台低压馈电开关，则需要实现联网通信、集中监控。低压馈电开关智能保护器是井下电网中重要的电器元件，其目的是在系统出现故障的时候，控制动作电路，迅速切除故障部分，防止故障的扩大，实现正常、安全、稳定的运行。
1、煤矿井下低压馈电开关智能保护器的概述
1.1工作原理
电流互感器、电压互感器将采集而来的电流、电压都相应地转换成0.5V的电压信号，经过调理滤波后，转化后的信号送入A/D转换芯片2345内，再由单片机对该信号进行运算；用18点均方根算法，对电流进行采样，计算电压小于额定电压的0.65倍，则自动显示欠压状态；计算出来的任何一组电流值大于额定电流设定的倍数，当功率因数满足条件时自动显示为短路；通过键盘设定1.6、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0、10.0倍作为挡位，并在100ms内断开馈电开关；依据反时限保护原理，当电流值大于额定电流的1.2倍以上，显示为过载，从而自动切断开关，实现保护。
1.2分类
我国煤矿井下使用的馈电开关主要由以下四类：一是，DW15装置式断路器，早已停产。二是，DW10系列断路器的馈电开关。这类断路器的馈电开关保护器只具有短路保护功能，会造成产品质量的不稳定，按照相关规定已经淘汰。三是，电子式保护器属于集成电路型，具有短路、过载以及漏电保护，同时具有功耗小、性能稳定的特点；但是成本高、电路操作比较复杂、自动化程度较低，逐渐不适应现代化矿井的需要。四是，智能式电子保护器，功能齐全，
1.3标准要求
《煤矿安全规程》中针对矿井供电系统的核心作用，规定“井下有采区变电所、移动变电站或配电站银川的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。”馈电开关要起到到短路、过载以及漏电等故障的保护作用，因此，馈电开关要具有以下性能：一要具有选择性。能有选择性地切除电网中发生故障的电路分支，保证其他非故障电路供电的连续、稳定性，将供电中断的范围尽量地缩小。二要保证可靠性。该保护系统要能准确地判断不同支路的故障，当其他支路发生故障时，本支路保护不应该发出跳闸指示，要可靠地执行命令，不要产生误动现象。三要反应快速、灵敏。当支路发生故障时，保护系统要反应快速、灵敏，要准确地反应出是否为保护范围内发生故障，要防止故障范围扩大。
1.4国内的发展现状
从发展硬件来分，国内的低压馈电开关主要经历了机电式、半导体式、微型计算机式等发展阶段。上世纪50年代前，国内煤矿主要是使用从前苏联引进的馈电开关（仿苏DW80系列），这样的开关技术性不良、故障多、容量小、分析和判断能力低，寿命短。70年代末，我国主要使用从德国引进的设备，但由于与国内的配电方式不同，加上昂贵的价格、超长的配件周期，影响着企业的发展。90年代初，在引进的基础上，国内注重了研究与开发。目前国内使用的大多是集中在额定电压660V/1140W的BKD系列。近年来，自适应机电保护器和智能故障诊断技术，利用模糊理论及人工神经网络的自身特点形成的人工神经网络技术得到高度重视。
2、煤矿井下低压电网的故障危险
漏电。采煤区低压电缆如果发生漏电，会损坏机器设备，进而造成短路，严重时，还会导致瓦斯爆炸，人身触电等危险事故发生。设备间碰壳。电气设备相互间碰壳时，最容易发生人身触电事故。相间短路。两相或三相短路，主要由于电缆的绝缘老化和电气设备的匝间短路引起的，如果不能及时发现并排除故障，很容易造成电气设备的严重损坏，更严重的可以引起火灾、瓦斯、煤半爆炸的重大事故。超负运行。长期的超负荷运行，电气设备会由于过热而损坏，加上电缆的老化，都会造成不同程度的漏电和短路，也会造成煤尘、瓦斯的爆炸。
3、煤矿井下低压电网的保护原理及应用
3.1煤矿井下低压电网的保护原理
一是基于功率因素检测的相敏保护原理，保护对称短路，及可以扩大保护范围的同时，又能提高灵敏度。二是根据负序电流保护原理，来处理断相和不对称短路等多种不对称故障。三是依据零序电流方向保护原理，根据零序电压和电流的相位关系，对漏电和漏电闭锁进行选择性保护。四是根据反时限动作原理，采用鉴幅式方法，提高电网保护的可靠性。五是依据鉴幅式原理，对欠压进行保护，避免电网在不正常电压下的长期运行，保护电网。
3.2煤矿井下低压电网的保护原理应用
3.2.1短路保护。供电系统中不等电位的导体在电气上的短接，造成短路回路阻抗小，回路中有很大的电流在流通。常见的短路故障有三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地管路及变压器绕组匝间短路等。目前，低压短路的保护原理主要是相敏保护原理、电流幅值鉴别法、负序电流保护原理等。
3.2.2漏电保护。漏电保护是馈电开关的必备保护功能，主要针对过流保护、漏电保护以及保护接触。在电网投入前和运行过程两个阶段起到不同的作用。在投入前，对电网和电动机进行绝缘检测，一旦检测到线路发生漏电现象时，闭锁保护装置会开启开关或者是将磁力启动器闭锁，这个过程称之为漏电闭锁保护功能。在运行中，如果检测到漏电，会断开故障线路，停止供电。目前，漏电保护原理主要有零序电流方向保护、附加直流电源检测、零序电压保护原理等。
3.2.3过载保护。过载也称为过负荷，是井下一种非正常的运行状态。过载后，电流相位对称，额定电流小于幅值。一定时间和温度内，过载是可以存在的，但是超过长时间的过载则会造成大多热量的积累，会导致线路和设备温度过高、加速绝缘老化速度，缩短设备的使用寿命，甚至会损坏设备，造成火灾爆炸。
3.2.4欠压保护。欠压是指电网电压下降至额定电压的3/4时，进行延时跳闸保护。如配电电路或者是供电系统发生短路时，供电电压会短时间下降或消失，这个时候，如果负荷过重、电压恢复较慢，电动机将长时间处于起动状态。相对应的电动机和配电系统会受到很大的起动电流的冲击。长期以往，导致电动机会绝缘过热而损坏机器。同时，如果在正常供电过程中，出现电压下降，额定负载下也容易引起过电流，造成机器损毁。欠压保护一般采用鉴幅式保护原理。
参考文献
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