谈煤矿组合开关保护系统

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摘要:为了最大化实现矿井生产的安全性，针对本质安全型(以下简称:本安)先导电路的辨别及原理进行详细阐述，采取3种方法对其漏电故障进行分析，从电压、过载、短路3个方面入手分析基于组合开关的低压电网保护，希望可以从多个角度研发出稳定性较强、安全性较高的组合开关，从而为矿井生产的安全性提供可靠服务。

关键词:组合开关;漏电保护;本质安全电路;保护系统

1矿井低压电网本安电路

1．1本安电路的判定

爆炸性与非爆炸性判断的方法就是对现有电路是否存在本质安全进行判断的2种方法。其中，前者是采取目前所有的本安检测设备来对现存的电路开展爆炸性试验，后者则是借助目前所有的本安回路归纳理论来作出辨别。非爆炸性的判断方法，属于爆炸性的一种补充，最常见的就是判别式与临界点燃曲线。若所具有的条件不满足爆炸判断的要求，则需要采取非爆炸性的方法，其具有简便、效率较高等特点。

1．2继电器隔离方式的本安先导电路原理

矿井内部含有大量的易爆物质，如粉尘、瓦斯。随着防爆及微机等技术的日益发展及完善，为了保证人员安全，大部分矿井在生产过程中设计成本安先导电路，选择与其相关的组合开关有效控制矿井中各个设备的运行。但应当注意的是，在运用这种电路时应当重视其外部电路所产生的影响。为了避免本安电路受到外部电路的能量影响导致爆炸产生，常采取机械式、电气式2种隔离方法。机械式指的是将两者之间的距离进行扩大，以加强绝缘强度，促使外部电路得到有效隔离。电气式指的是借助电气设备自身所具有的隔离性能来对相关的设备进行隔离，如光电耦合器等。

2矿井低压电网漏电故障分析

漏电保护的作用在于迅速判断出系统产生的漏电故障，并迅速做出反应加以保护，对供电回路进行有效闭锁，以避免系统因故障导致的火花而出现瓦斯爆炸问题。对漏电故障加以保护的方法较多，但都不完善，需要加以改善与优化。对于一些应用中性点不接地的系统，所采取的保护方法主要有以下3种。

2．1附加直流电源法

在电网产生漏电故障的时候，通过对直流通路中产生的电流变化进行检测，促使三相电网对所产生的绝缘电阻实现预先设定的动作值，确保电气设备系统瞬时断电，从而对漏电故障进行有效的检测与保护。根据相应的标准要求，我国矿井工作人员最大的触电电流为30mA，以便在发生漏电故障时对工作人员加以保护。当电气设备存在的绝缘电阻值小于漏电闭锁发生的动作值时，设备就无法闭锁。所以漏电保护所具有的闭锁数值通常要设定为漏电动作值的2倍。应当重视的是，这种方法不具有选择性，应当对其进行完善。

2．2零序电流法

系统运行正常时，在受到各个相电压的影响下会出现电容电流，但是因为三相相互对称，电容和是零。同时，通过对电力网络的接线图进行分析可知，当线路出现单相接地短路时，发生故障一相的线路中流过的电流属于非故障相的电流之和，因此，可以通过对线路中的电流进行检测来辨别出是否产生了漏电故障。应当注意的是，这种方法会因电阻数值较大而对故障相存在的电流产生影响，不能对线路中的对地电容电路进行检测，导致其无法对发生故障的线路进行有效区分。

2．3零序功率方向法

该方法是对零序电流法的完善，适用于线路较为复杂和零序电流法无法达到灵敏度要求的网络。其原理在于运用检测到的故障相与其他两个相的零序功率不相同来进行辨别，即经由故障线路流入到母线的零序电流，其电容性无功功率所具有的方向与正常线路的方向正好相反。

3基于组合开关的矿井低压电网保护

组合开关包含了单极、双极、三极、四极4种类型。在控制线路中，可以采取直接运行或者推动电机的正向及反向运行等。矿井所用的隔爆型组合开关可以对三相交流电机的运行及停止进行控制，也可以与漏电继电器结合完成漏电保护。以下针对电压、短路和过载3种保护开展研究，针对以组合开关为基础的低压电网保护进行详细分析。

3．1组合开关对电压保护

就电力系统来讲，当系统的工作电压小于额定值时，若负荷不产生变化，将会出现过电流，进而导致电机产生故障，而且与之相对应的电机的转动速率将会降低。若同一时间出现多个启动电机，将会导致电机无法正常启动。由此可知，当系统的工作电压小于额定值时，电机将会受到损坏。过电压通常存在稳态型、暂态型2种形式。不管是何种类型的过电压，电力系统都必须针对过压设置较强的保护功能，以避免电网出现漏电。应当重视的是，与欠电压相对比，过电压所造成的危害相对较小，由于电机是处于额定负载值下启动运行的，随着电压的不断降低，最大电磁转矩的数值将会持续降低，直至低于负载转矩的额定值，最终会导致停机。因此，可以利用电流互感器对电网的电压进行检测，判断其是否处于稳定范围内，并借助组合开关实施解锁，对低压电网的电压实施保护，促使电气设备运行具备较强的稳定性。

3．2组合开关对短路保护

当异步电机可以正常启动时，其短路和启动2种电流的数值基本一致，保护无法有效辨别出电流的类型。尤其是动作值设定较大时，系统产生了三相短路后，保护将会出现拒动。因此，作为矿井中最常见的一种故障，在发生短路故障时，对其电流类型进行正确辨别是开展短路保护的核心。目前，短路保护最常用的方法主要有:①8s返回法。如果在8s内可以将电流值控制在正常范围内，则判断其为正常启动电流;若无法在8s内恢复正常数值，则可判断为短路故障。②针对动作电流做出分段式处理，为了将启动和短路2种电流进行有效区分，在启动电机时，短路电流所需要的动作值需要设定为额定电流的5～8倍，对异步电机在启动时所形成的大电流进行充分考虑，在完成启动后将动作值设定为正常数值，以开展短路保护。

3．3组合开关对过载保护

过载指的是输出功率的数值突然剧增，其数值超出了标准值，如果不对其进行保护，各个设备的电路就会受到损坏，甚至产生一些安全事故。处于复杂环境下，各个设备会出现较大的电流，其原因在于电网产生过载、短路等问题，因此必须密切注意这些状况。尽管过载电流要高出正常电流，但是其数值要低于短路电流，因此，其对系统及电气设备产生的影响也要小于短路电流。但是，若电缆线长时间处于过载状态下，其必定会产生发热现象，最终会被烧毁，甚至导致爆炸，因此，针对超过额定功率的低压电网必须实施过载保护。通过对这类保护进行研究发现，其是以反时限保护为基础，一旦时间超出保护值，组合开关就需要断开电源。

4结语

组合开关主要应用于矿井产生故障后发生火花时，因此，本安先导电路的设置尤为重要。通过对有效判别低电压电网中的本安电路及继电器隔离条件下的电路原理的详细阐述，并依据漏电故障的分析，以电压、短路及过载三方面的保护为切入点，对以组合开关为基础的低电压电网保护进行介绍，明确稳定、全面及自动化的组合开关能为我国矿井生产的安全性提供更好的服务。

作者：王进超 单位：河南平煤神马电气股份有限公司