0 引言

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國煤礦的機械化程度不斷提高,，所需用電量也在逐年增加,，中低壓(35kV及以下電壓等級)配電系統(tǒng)的在礦山生產(chǎn)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。配電系統(tǒng)中的中,、低開關(guān)柜的數(shù)量越來越多,，中低電壓等級的母線由于所處環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)設(shè)備故障和人為因素等原因,，易引發(fā)母線短路,，存在很大的安全隱患。由于母線發(fā)生故障時,，采用變壓器的后備保護來切除母線上的故障,，無法在發(fā)生故障的時間解決，設(shè)備損壞幾率增加，嚴(yán)重時導(dǎo)致燒毀,。據(jù)報道,，我國供電系統(tǒng)中開關(guān)柜每年有200多面被燒毀，而開關(guān)柜短路事故更是經(jīng)常發(fā)生,，有時甚至造成更大的電網(wǎng)事故,，直接造成礦山機械設(shè)備的損失和經(jīng)濟損失。因此,，在應(yīng)用供電系統(tǒng)時,，如何在保證礦山生產(chǎn)效率的同時保證礦山設(shè)備及人員保護，是我們研究和攻克的難題,。

1弧光的參數(shù)及危害

1.1弧光參數(shù)

1)空氣弧光產(chǎn)生時的大的瞬時功率較大，可達40MW,；

2)內(nèi)部溫度較高,，可升至10000。C以上,；

3)中壓范圍內(nèi)弧光產(chǎn)生時和結(jié)束時的溫度可達4500,。C：

4)弧光的大電壓可達500V～1000V；

5)弧光的光強超過正常的照明光強2000倍,。

1.2弧光的危害

弧光在毫秒時間級別發(fā)生消失,，釋放的卻很驚人，對礦山機械設(shè)備和人身安全都有巨大的破壞性],。

1)電弧溫度驚人,，可達10000℃，超過一定溫度損害電網(wǎng),；

2)電弧引起火災(zāi),，燒毀電纜；

3)穩(wěn)定過高導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)裝置爆炸,，使其失效i

4)容易造成人員傷害,，對人員臉部和皮膚形成性傷害；

5)爆炸時產(chǎn)生的氣體,，技術(shù)人員吸入會損傷其呼吸系統(tǒng),。

2弧光保護技術(shù)的現(xiàn)狀和措施

1995年，中國引進了套弧光保護裝置,。近年來,，人們注意到切除母線時產(chǎn)生的過流保護動作時間過長的問題，分析了電弧故障時產(chǎn)生的聲,、光,、熱和電磁等效應(yīng)。采用理論與實際相結(jié)合的方法，分析電弧效應(yīng),，開發(fā)研制出各種用來檢測電弧的保護裝置,，并在礦山中得到了加速應(yīng)用。如此,，既對礦山人員起到了安全保護作用,，也使得礦山的生產(chǎn)效率得到進一步提高。例如：有的利用電弧的熱效應(yīng),，研制出能通過感應(yīng)電弧的熱量而產(chǎn)生動作的采閥式電弧保護繼電器,；有的利用電弧的電磁效應(yīng)，通過電弧接地保護裝置及時切斷發(fā)生故障的開關(guān)裝置,，以便及時的維修,；有的檢測故障裝置中的臭氧濃度，保護報警裝置以便工作人員能在時間保證人員的安全,，不至于給礦山企業(yè)帶來巨大的人員和經(jīng)濟損失,。隨著科技的發(fā)展，利用電弧的多種效應(yīng)開發(fā)更具性和準(zhǔn)確性的新型電弧保護裝置已成主流,。

現(xiàn)在,，功能型感器和非功能型傳感器等新型傳感器在礦山供電系統(tǒng)中應(yīng)用廣，這種新型傳感器不僅靈敏度和度較高,，而且絕緣性能較好,，具有抗電磁干擾。這兩者主要以其中的光纖所起的作用不同區(qū)分開來,。前者的光纖對被測信號具有傳輸和的作用,；后者僅起傳輸?shù)淖饔谩?/span>

電弧故障的危害程度取決于電弧電流及切除時間，電弧產(chǎn)生的成指數(shù)規(guī)律快速上升,。發(fā)生故障時,，技術(shù)人員在85ms內(nèi)切除故障部分，才能保證相關(guān)設(shè)備免遭遇難,，避免不必要的損失,，一旦時間超過100ms，相關(guān)設(shè)備則會遭到損害,，嚴(yán)重時會對礦山企業(yè)造成不可挽回的損失,。

目前常用保護裝置：

1)變壓器后備過流保護，但此方案的問題是快速性不過,，不能達到開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的保護,。

2)簡易母線保護方案，采用傳統(tǒng)方法識別故障,，此方案目前應(yīng)用為廣泛,。

3)電弧光母線保護方案,，利用電弧的相關(guān)特性作為判別依據(jù)，可快速切除內(nèi)部故障,。

4)其他母線保護方案,。就投入成本及實施效果綜合對比，電弧光保護方案優(yōu)勢明顯,，其使用比例在礦山配電系統(tǒng)中,。

3研究內(nèi)容

電弧光保護主要動作依據(jù)兩個不同因素：孤光及電流增量。通過研究傳統(tǒng)過流型保護,、弧光非電量型保護和級差的配合,，為弧光保護裝置的研究發(fā)現(xiàn)新的切入點，進而研究弧光保護裝置,。

其一,，傳統(tǒng)過流型保護和級差配合。以阻抗接地系統(tǒng)分析即接地跳閘時間很短分析：采樣15ms～30ms,；接點閉合5ms,；整定延時30ms~350ms；斷路器分閘50ms～80ms,；整體故障切除時間：出線130ms+AR，進線450ms,，見圖1,。其二，弧光非電量型保護和級差配合,。以阻抗接地系統(tǒng)分析,，弧光信息1ms；過流判據(jù)Ims,；接點閉合5ms,；斷路器分閘50ITIS～80ms；整體故障切除時間：出線87ms,，進線87ms,，見圖2。本文研究內(nèi)容為：

1)分析電弧對礦山造成的危害,，研究電弧保護裝置的動作原理,。

2)根據(jù)不同礦山的實際生產(chǎn)狀況研究母線故障變化情況，研究開發(fā)符合當(dāng)?shù)氐V山實際生產(chǎn)狀況的電弧保護裝置,。

3)在故障狀況下,，分析各種電弧保護裝置的度和定位程度。

4)分析電弧保護裝置的優(yōu)缺點并具體分析該裝置對礦山配電系統(tǒng)所產(chǎn)生的安全隱患,。

通過研究某礦的配電系統(tǒng),，得出了一套適合該礦山實際生產(chǎn)的電弧光保護裝置的技術(shù)設(shè)施方案,，既能保證弧光保護裝置的利用大化，也能把對煤礦供電系統(tǒng)的沖擊破壞程度降到低,，從而避免安全隱患,，加強對維修人員的培訓(xùn)，防止人為操作錯誤帶來不必要的損失,，并為今后電弧保護裝置新的開發(fā)提供可靠依據(jù),。

4實施方案

1)針對某礦實際生產(chǎn)狀況，采用ARB5電弧光保護裝置就地安裝6kV進線柜,，該裝置滿足數(shù)字化廠站需要,，適應(yīng)智能電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢。

2)ARB5弧光傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi),，監(jiān)測各開關(guān)裝置的運行,，若有開關(guān)出現(xiàn)異常狀況，立刻實施保護措施,。

3)采用以太網(wǎng)或串口103送后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

4)具有友好的人機接口,，調(diào)試維護方便。

某煤礦使用的電弧光保護裝置為變電站,、電廠,、工業(yè)企業(yè)用戶等場合的中、低壓母線提供快速保護,。當(dāng)發(fā)生弧光短路時，被弧光傳感器覆蓋區(qū)域的弧光短路可被快速定位,，電弧光保護系統(tǒng)快速動作，切斷故障電流,，大限度降低電弧光對設(shè)備的損害以及人員傷害,。電弧光保護裝置通過不同插件的組合,，結(jié)合實際應(yīng)用場所的供電系統(tǒng),，組建成符合實際需要的保護系統(tǒng),。電弧光保護裝置也可實現(xiàn)對電流信號的采集,，進而完成對電弧光、短路器的保護,，CT斷線,、傳感器異常、裝置硬板故障等的報警,，測控以及信息保護功能,。在發(fā)生故障時，能夠定位故障點,，跳閘出口提供跳閘矩陣整定,，跳開相關(guān)斷路器，實現(xiàn)分區(qū)域保護,，大限度縮小事故停電范圍,。具有強電磁兼容性，調(diào)試維護方便，具有友好的人機接口,，方便的現(xiàn)場安裝測試功能,。

5配置方案

電弧光保護裝置配置方案如表1所示。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

（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。

7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

8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,。

9結(jié)語

1)電弧光保護系統(tǒng)的減少了礦山電網(wǎng)系統(tǒng)中的安全隱患,，降低了因短路故障造成的設(shè)備損害和人員傷害，提高了礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益,。

2)能夠快速定位短路故障點,，在短時間內(nèi)快速切除故障，大限度縮小礦山停電范圍,，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行,，使礦山生產(chǎn)能夠正常有序進行。

3)目前某礦存在大批設(shè)備老化現(xiàn)象,，礦山開關(guān)柜也不例外,，由于近些年礦山趨勢的低谷，使得資金以及技術(shù)更新都得不到支持,，這種背景下,，如果低價的國產(chǎn)電弧光保護裝置能夠及時開發(fā)，既可保證礦山設(shè)備以及人員的安全性,，又能夠合理控制礦山預(yù)算成本,，在保證安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)具有高的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻：

[1]王玉晴.煤礦高壓開關(guān)柜中電弧光保護裝置的研究．

[2]魯普天.智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究[J]．通訊世界,，2017(10)：191192.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5（版）.