安科瑞  鮑靜君

　　摘要

　　在煤礦高壓開關(guān)柜運(yùn)行中,，由于受到多種因素的干擾,，中低壓母線發(fā)生故障的概率較高，在中低壓母線裝設(shè)中又沒有設(shè)置專門的保護(hù),，所以開關(guān)柜電弧光短路等問題時(shí)有發(fā)生,，對(duì)變壓器等設(shè)備造成一定的損害。鑒于此,，對(duì)電弧光對(duì)開關(guān)柜和供電系統(tǒng)造成的損害進(jìn)行了分析,，并對(duì)煤礦高壓開關(guān)柜電弧光保護(hù)裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：煤礦,；高壓開關(guān)柜,；電弧光保護(hù)；保護(hù)措施

　　0引言

　　高壓開關(guān)柜主要應(yīng)用于電網(wǎng)電站中，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，高壓開關(guān)柜的應(yīng)用范圍得到了很大的拓展,。在中國煤礦電網(wǎng)容量不斷，中低壓配電系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大的情形下,，高壓開關(guān)柜在煤礦行業(yè)中得到了有效應(yīng)用,。

　　由于中國煤礦電網(wǎng)容量的，中低壓配電系統(tǒng)規(guī)模也得到了一定的擴(kuò)大,，但是由于中低壓母線操作頻繁,，加上人為操作不當(dāng)?shù)囊蛩兀O(shè)備磨損嚴(yán)重,，母線出現(xiàn)故障的概率比較大,。另外，因?yàn)橐话悴粚?duì)中低壓的母線設(shè)置保護(hù)裝置,，所以在切除故障電流上所用的時(shí)間較長,，使得設(shè)備被損壞的程度較大，給煤礦企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失,。因此,，一定要注意煤礦開關(guān)

　　柜中電弧光保護(hù)裝置的設(shè)置，以免影響母線的運(yùn)行,，降低事故發(fā)生的概率,。

　　1電弧光參數(shù)和危害

　　1.1電弧光的參數(shù)

　　關(guān)于電弧光的參數(shù)，可以從功率,、溫度,、電壓和光照強(qiáng)度幾個(gè)方面來分析。首先在功率上,，電弧光在產(chǎn)生的過程中,，其可以達(dá)到的大瞬時(shí)功率為40MW。整個(gè)弧光生成中設(shè)備內(nèi)部的溫度可以達(dá)到1×104℃～2×104℃,，而在產(chǎn)生和結(jié)束的瞬間,，其溫度可以達(dá)到4500℃。此外,，弧光的大電壓可以達(dá)到500V～1000V,，弧光的光照強(qiáng)度可達(dá)正常光照強(qiáng)度的2000倍。

　　1.2電弧光產(chǎn)生的危害

　　從電弧光的參數(shù)來看,，其溫度,、電壓和光照強(qiáng)度都超出正常范圍，尤其是在電弧光的溫度上,，其溫度是太陽溫度的2倍,，這么高的溫度會(huì)使得接線銅排,、鋁排等融化損壞，引起電纜和電纜包覆層著火,。同時(shí),，過大的壓強(qiáng)可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備爆炸，從而產(chǎn)生大量有害氣體,，威脅人體健康,。另外，在壓力過大和溫度過高的環(huán)境下,，事故頻發(fā),，人員傷亡概率提升。在煤礦行業(yè),，由于大部分作業(yè)是在井下環(huán)境中進(jìn)行,，工作環(huán)境十分惡劣，溫度高且本身就有有害氣體的存在,，如果由于電弧光溫度和電壓,、功率導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障或者爆炸事故，便會(huì)提高作業(yè)的危險(xiǎn)性,，使人員和設(shè)備材料受到損害,，給煤礦企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

　　2電弧光保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀和常用的保護(hù)措施

　　2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

　　關(guān)于設(shè)備內(nèi)部電弧光出現(xiàn)的故障問題,，隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的原因除了有電磁效應(yīng)外,，還有聲波,、光熱效應(yīng)和壓力等的影響。所以近幾年來中國根據(jù)故障原因分析結(jié)果,，研究開發(fā)了不同故障引起的電弧光檢測保護(hù)裝置,，通過電弧光檢測，有效解決了過去電弧光保護(hù)反應(yīng)時(shí)間太長的問題,。電弧光保護(hù)裝置在煤礦行業(yè)高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用,，主要是在開關(guān)柜不同的單元中設(shè)置壓力傳感器，這樣通過壓力檢測可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的故障問題,，然后使故障電流供電的斷路器跳閘,，避免故障電流流通；有的是根據(jù)電弧

　　光的溫度熱量效應(yīng),，設(shè)置了符合電弧光特性和運(yùn)作機(jī)理的繼電器,，像金屬絲電弧光繼電器，就被廣泛應(yīng)用到煤礦高壓開關(guān)柜中,；有的是利用電弧光產(chǎn)生的電磁能量設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置,，例如單向電流電弧保護(hù)裝置,、電弧接地保護(hù)裝置等；有的則是利用電弧光的聲波,、光照和壓力效應(yīng)以及電流組合來設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置,，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；還有的通過對(duì)絕緣失效的早期信號(hào)進(jìn)行檢測并設(shè)置保護(hù)裝置,，可以通過檢測高壓開關(guān)柜中臭氧的體積分?jǐn)?shù)來采取相應(yīng)的保護(hù)措施,。在中國傳感器的研究開發(fā)上，針對(duì)電弧光參數(shù)和危害所形成的光纖傳感器是一種有效的保護(hù)裝置,，該裝置具有抗電磁干擾能力強(qiáng),、電絕緣性好和靈敏度高的特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)具有很強(qiáng)的敏感反應(yīng)能力和傳輸作用,。尤其是在煤礦行業(yè),，在中低壓環(huán)境中，受到外界復(fù)雜環(huán)境因素的影響,，開關(guān)柜受到的電弧光電磁能量干擾很強(qiáng),，而光纖傳感器則能憑借其抗電磁能力高和電絕緣性能好的優(yōu)點(diǎn)顯示出的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅可以對(duì)電弧光進(jìn)行有效檢測,，還可以對(duì)整個(gè)煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)起到有效的電弧光保護(hù)作用,。

　　2.2中低壓母線常用的電弧光保護(hù)措施

　　電弧光對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)造成的故障損害程度主要與故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)對(duì)故障的敏感性和反應(yīng)能力有關(guān)。也就是說,，電弧光故障電流能否被及時(shí)切斷關(guān)系著電弧光引起的故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的損害程度,。一般來說，只有總的切除時(shí)間在85ms及以下時(shí)才能使設(shè)備不受到損害,，而超過這一特定值就可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害,，尤其當(dāng)整體切除時(shí)間超過100ms之后，便會(huì)對(duì)設(shè)備造成很大程度的損壞,。為了避免中低壓母線受到損害,，進(jìn)而影響內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行，目前主要采取的保護(hù)措施如下：

　　a)設(shè)置電弧光變壓器后背過流保護(hù)措施,，一般規(guī)定的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間為1.2s～1.4s,；

　　b)設(shè)置饋線速斷保護(hù)閉鎖的變壓器后背過流保護(hù)措施，該保護(hù)措施對(duì)電弧光故障電流的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間為300ms～400ms,；

　　c)設(shè)置高阻抗保護(hù)措施,，對(duì)故障電流的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間在35ms～60ms之間。從這些保護(hù)措施上來看,，目前關(guān)于中低壓母線的電弧光保護(hù)還有很大的進(jìn)步優(yōu)化空間,，因?yàn)榍皟煞N保護(hù)措施保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，也就是對(duì)故障電流的總切除時(shí)間肯定超過了100ms,，反應(yīng)保護(hù)時(shí)間太長,，所起到的保護(hù)作用很?。缓笠环N保護(hù)措施雖然反應(yīng)保護(hù)時(shí)間在規(guī)定的理想范圍之內(nèi),，但是其保護(hù)范圍卻又受到CT安裝位置的限制,，所以不僅安裝不方便，而且在保護(hù)時(shí)并不能延展其保護(hù)范圍,，材料成本比較高,。

　　3電弧光保護(hù)裝置的實(shí)施方案和裝置的安裝

　　在煤礦行業(yè)中，對(duì)于其開關(guān)柜中電弧光保護(hù)裝置的技術(shù)方案,，需要結(jié)合不同煤礦的特點(diǎn),，尤其是煤礦開關(guān)柜母線保護(hù)的現(xiàn)狀、各自母線故障發(fā)生的規(guī)律以及各個(gè)煤礦的負(fù)荷來制訂,，使得電弧光保護(hù)裝置可以滿足煤礦配電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn),，然后再進(jìn)行有效的計(jì)算分析。

　　下面結(jié)合A煤礦技術(shù)實(shí)施方案對(duì)電弧光保護(hù)裝置的實(shí)施進(jìn)行簡要探討,。在該方案中,，電弧光保護(hù)裝置安裝在6kV進(jìn)線柜中，每一臺(tái)裝置采集所在進(jìn)線柜的三相電流和跳閘信號(hào),，主要對(duì)進(jìn)線柜進(jìn)線開關(guān)和相鄰的母聯(lián)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集,。同時(shí)，電弧光光纖傳感器安裝在每一個(gè)開關(guān)柜的母線室壁上,，目的是對(duì)母線系統(tǒng),，包括主母線和各條分支母線進(jìn)行監(jiān)督控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)母線系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題并加以解決,。此外,，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置主要利用的是以太網(wǎng)。在該技術(shù)方案中,，電弧光保護(hù)裝置可完成信息的采集、計(jì)算和顯示,、通訊以及跳閘,、保護(hù)和異常信號(hào)檢測等，可以進(jìn)行靈活的插件選配,，根據(jù)應(yīng)用需要形成電弧光保護(hù)系統(tǒng),。其中，光纖傳感器除了可以進(jìn)行電流信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸和采集之外,，還可以作為光感應(yīng)元件,，當(dāng)電弧光由于光照強(qiáng)度過大而出現(xiàn)故障時(shí)或者在檢測時(shí)出現(xiàn)突然增強(qiáng)的光照時(shí)，便能將模擬信號(hào)傳輸給電弧光保護(hù)裝置,，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置設(shè)備的保護(hù),。

　　4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明

　　ARB5-弧光主控單元

　　5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

　?。?）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)用1500元,。

　?。?）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

　?。?）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米,。

　　（4）如有特殊要求,，請(qǐng)?zhí)貏e注明,。

　　6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

　　弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下,。

　　7結(jié)論

　　綜上,，對(duì)現(xiàn)有的電弧光保護(hù)措施進(jìn)行了分析研究，主要分析了其保護(hù)動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間,，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的保護(hù)措施一方面無法達(dá)到理想的動(dòng)作保護(hù)時(shí)間,，另一方面在保護(hù)范圍上也受到多種因素的限制。然后在研究總結(jié)傳統(tǒng)過流型保護(hù)和差配合,、弧光非電量型保護(hù)和差配合兩種保護(hù)措施的基礎(chǔ)上,，通過技術(shù)方案的實(shí)施可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的保護(hù)，降低事故發(fā)生的概率,，提高故障分析處理的能力,。此外，在對(duì)電弧光保護(hù)裝置進(jìn)行選擇時(shí),，還需要根據(jù)不同煤礦的特點(diǎn)來研究母線故障的變化規(guī)律,，從而使得所設(shè)置的電弧光保護(hù)措施能更加符合煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際需要。

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