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安科瑞弧光保護裝置助力煤礦高壓開關(guān)柜的可靠供電
閱讀：621 發(fā)布時間：2023-1-3
摘要
在煤礦高壓開關(guān)柜運行中，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，所以開關(guān)柜電弧光短路等問題時有發(fā)生,，對變壓器等設(shè)備造成一定的損害,。鑒于此，對電弧光對開關(guān)柜和供電系統(tǒng)造成的損害進行了分析,，并對煤礦高壓開關(guān)柜電弧光保護裝置設(shè)計與應(yīng)用進行了探討,。
關(guān)鍵詞：煤礦；高壓開關(guān)柜,；電弧光保護,；保護措施
0引言 高壓開關(guān)柜主要應(yīng)用于電網(wǎng)電站中，但隨著社會經(jīng)濟和科學技術(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大,，但是由于中低壓母線操作頻繁,，加上人為操作不當?shù)囊蛩兀O(shè)備磨損嚴重,，母線出現(xiàn)故障的概率比較大,。另外，因為一般不對中低壓的母線設(shè)置保護裝置,，所以在切除故障電流上所用的時間較長,，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)濟損失,。因此,，一定要注意煤礦開關(guān)
柜中電弧光保護裝置的設(shè)置，以免影響母線的運行,，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,、電壓和光照強度幾個方面來分析。首先在功率上,，電弧光在產(chǎn)生的過程中,，其可以達到的大瞬時功率為40MW,。整個弧光生成中設(shè)備內(nèi)部的溫度可以達到1×104℃～2×104℃，而在產(chǎn)生和結(jié)束的瞬間,，其溫度可以達到4500℃,。此外，弧光的大電壓可以達到500V～1000V,，弧光的光照強度可達正常光照強度的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,，過大的壓強可能會導致開關(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、功率導致設(shè)備出現(xiàn)故障或者爆炸事故,，便會提高作業(yè)的危險性,，使人員和設(shè)備材料受到損害，給煤礦企業(yè)帶來經(jīng)濟損失,。
2電弧光保護技術(shù)現(xiàn)狀和常用的保護措施
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裝置,，通過電弧光檢測,，有效解決了過去電弧光保護反應(yīng)時間太長的問題。電弧光保護裝置在煤礦行業(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作機理的繼電器,，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)的保護裝置,，例如單向電流電弧保護裝置,、電弧接地保護裝置等；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)的保護裝置,，對設(shè)備進行保護；還有的通過對絕緣失效的早期信號進行檢測并設(shè)置保護裝置,，可以通過檢測高壓開關(guān)柜中臭氧的體積分數(shù)來采取相應(yīng)的保護措施,。在中國傳感器的研究開發(fā)上，針對電弧光參數(shù)和危害所形成的光纖傳感器是一種有效的保護裝置,，該裝置具有抗電磁干擾能力強,、電絕緣性好和靈敏度高的特點，對信號具有很強的敏感反應(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,，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)點顯示出的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅可以對電弧光進行有效檢測,，還可以對整個煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)起到有效的電弧光保護作用,。
2.2中低壓母線常用的電弧光保護措施
電弧光對內(nèi)部系統(tǒng)造成的故障損害程度主要與故障發(fā)生時系統(tǒng)對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切斷關(guān)系著電弧光引起的故障對整個系統(tǒng)的損害程度,。一般來說，只有總的切除時間在85ms及以下時才能使設(shè)備不受到損害,，而超過這一特定值就可能會對設(shè)備造成損害,，尤其當整體切除時間超過100ms之后，便會對設(shè)備造成很大程度的損壞,。為了避免中低壓母線受到損害,，進而影響內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)的正常運行,，目前主要采取的保護措施如下：
a)設(shè)置電弧光變壓器后背過流保護措施，一般規(guī)定的保護反應(yīng)時間為1.2s～1.4s,；
b)設(shè)置饋線速斷保護閉鎖的變壓器后背過流保護措施,，該保護措施對電弧光故障電流的保護反應(yīng)時間為300ms～400ms；
c)設(shè)置高阻抗保護措施,，對故障電流的保護反應(yīng)時間在35ms～60ms之間,。從這些保護措施上來看，目前關(guān)于中低壓母線的電弧光保護還有很大的進步優(yōu)化空間,，因為前兩種保護措施保護動作時間,，也就是對故障電流的總切除時間肯定超過了100ms，反應(yīng)保護時間太長,，所起到的保護作用很?。缓笠环N保護措施雖然反應(yīng)保護時間在規(guī)定的理想范圍之內(nèi),，但是其保護范圍卻又受到CT安裝位置的限制,，所以不僅安裝不方便，而且在保護時并不能延展其保護范圍,，材料成本比較高,。
3電弧光保護裝置的實施方案和裝置的安裝
在煤礦行業(yè)中，對于其開關(guān)柜中電弧光保護裝置的技術(shù)方案,，需要結(jié)合不同煤礦的特點,，尤其是煤礦開關(guān)柜母線保護的現(xiàn)狀、各自母線故障發(fā)生的規(guī)律以及各個煤礦的負荷來制訂,，使得電弧光保護裝置可以滿足煤礦配電網(wǎng)的運行特點,，然后再進行有效的計算分析。
下面結(jié)合A煤礦技術(shù)實施方案對電弧光保護裝置的實施進行簡要探討,。在該方案中,，電弧光保護裝置安裝在6kV進線柜中，每一臺裝置采集所在進線柜的三相電流和跳閘信號,，主要對進線柜進線開關(guān)和相鄰的母聯(lián)開關(guān)信號進行采集。同時,，電弧光光纖傳感器安裝在每一個開關(guān)柜的母線室壁上,，目的是對母線系統(tǒng)，包括主母線和各條分支母線進行監(jiān)督控制,，及時發(fā)現(xiàn)母線系統(tǒng)運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,，電弧光保護裝置可完成信息的采集,、計算和顯示、通訊以及跳閘,、保護和異常信號檢測等,，可以進行靈活的插件選配，根據(jù)應(yīng)用需要形成電弧光保護系統(tǒng),。其中,，光纖傳感器除了可以進行電流信號遠距離傳輸和采集之外，還可以作為光感應(yīng)元件,，當電弧光由于光照強度過大而出現(xiàn)故障時或者在檢測時出現(xiàn)突然增強的光照時,，便能將模擬信號傳輸給電弧光保護裝置，從而實現(xiàn)對裝置設(shè)備的保護,。
4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明
ARB5-弧光主控單元
5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
（1）＊表示可選附件,，需要另外增加費用1500元。
（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4,。
（3）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?zhí)貏e注明,。
6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝
弧光保護主控單元,、探頭安裝圖如下。
7結(jié)論
綜上,，對現(xiàn)有的電弧光保護措施進行了分析研究,，主要分析了其保護動作反應(yīng)時間，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的保護措施一方面無法達到理想的動作保護時間,，另一方面在保護范圍上也受到多種因素的限制,。然后在研究總結(jié)傳統(tǒng)過流型保護和差配合、弧光非電量型保護和差配合兩種保護措施的基礎(chǔ)上,，通過技術(shù)方案的實施可實現(xiàn)對煤礦供電系統(tǒng)的保護,，降低事故發(fā)生的概率，提高故障分析處理的能力,。此外,，在對電弧光保護裝置進行選擇時，還需要根據(jù)不同煤礦的特點來研究母線故障的變化規(guī)律,，從而使得所設(shè)置的電弧光保護措施能更加符合煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)的實際需要,。
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