張言秀

摘 要：文章以煤礦地面變電所和主通風(fēng)機(jī)房框架構(gòu)建下的欠壓保護(hù)技術(shù)改造思路探索為題展開了相關(guān)的研究工作，結(jié)合實(shí)例分析了在現(xiàn)有欠壓保護(hù)技術(shù)下風(fēng)機(jī)回路或下井回路出現(xiàn)跳閘后對(duì)井下安全將有可能帶來的嚴(yán)重危害，而后就欠壓保護(hù)原理進(jìn)行簡要介紹，并基于此提出了通風(fēng)機(jī)欠壓保護(hù)、電磁脫扣欠壓保護(hù)、驅(qū)動(dòng)跳閘線圈欠壓保護(hù)等三項(xiàng)基于欠壓保護(hù)技術(shù)思路下的改造方案。在針對(duì)現(xiàn)有的欠壓保護(hù)回路實(shí)施改造處理后，有效的規(guī)避了由于供電網(wǎng)絡(luò)的電壓影響而造成風(fēng)機(jī)欠壓保護(hù)出現(xiàn)故障并造成停機(jī)事故，極大的提高了煤礦開采作業(yè)的安全性。最終希望借助于文章的研究工作能夠引起更為廣泛的討論與交流，以期能夠?yàn)樘岣呔旅旱V開采作業(yè)的安全性提供一些新思路、新方法。

關(guān)鍵詞：煤礦；變電所；風(fēng)機(jī)房；欠壓；保護(hù)技術(shù)；改造思路

在當(dāng)前煤礦井下的電網(wǎng)欠壓保護(hù)中主要采用的是失壓脫扣器與欠壓保護(hù)回路驅(qū)動(dòng)跳閘線圈，其電壓值在小于額定電壓65%后便會(huì)自動(dòng)跳閘。但是由于目前電網(wǎng)的短路電流較大，在上級(jí)變電站以及自身變電所出現(xiàn)三相短路事故故障后，往往母線殘存電壓值會(huì)相較于額定電壓小40%左右，因此系統(tǒng)便會(huì)做出欠壓保護(hù)行為，致使風(fēng)機(jī)回路亦或是井回路出現(xiàn)跳閘。為增強(qiáng)煤礦通風(fēng)的安全性，盡可能預(yù)防發(fā)生由于瞬時(shí)電壓波動(dòng)較大而導(dǎo)致的停機(jī)故障，文章就基于對(duì)欠壓保護(hù)原理的分析基礎(chǔ)之上，提出了一項(xiàng)具體的改造方案。

1 現(xiàn)狀分析

以某煤礦為例，該煤礦的年生產(chǎn)能力為445萬噸，有兩對(duì)主、副井（1#主副井、2#主副井）進(jìn)風(fēng)，三個(gè)風(fēng)井（東一、東二、西風(fēng)井）回風(fēng)，礦井通風(fēng)方式為中央分裂與兩翼對(duì)角混合式，三風(fēng)井分別安裝離心式、軸流式、及軸流對(duì)旋式風(fēng)機(jī)，東二風(fēng)井為內(nèi)安裝有ANN-2500/1250型軸流式式通風(fēng)機(jī)設(shè)備，配備有額定功率Ne=1000kW電動(dòng)機(jī)設(shè)備，其額定運(yùn)轉(zhuǎn)速Ne=992r/min，額定電流值Ie=115.9A，電壓值Ue=6000V。鑒于目前電網(wǎng)的短路電流大，一旦上級(jí)變電站亦或是煤礦本身地面變電所出現(xiàn)三相短路故障后，母線殘余壓力常會(huì)大幅度低于額定電壓值，由此也就會(huì)導(dǎo)致欠壓保護(hù)動(dòng)作的出現(xiàn)，使得風(fēng)機(jī)出現(xiàn)停機(jī)情況；而在等待其他保護(hù)裝置的故障問題解決后，系統(tǒng)恢復(fù)正常供電，此時(shí)跳閘風(fēng)機(jī)亦或是井下回路常常要人工操作方可確保電力供應(yīng)恢復(fù)正常，因此便會(huì)造成礦井內(nèi)的風(fēng)力輸送出現(xiàn)長時(shí)間的中斷，并導(dǎo)致瓦斯?jié)舛炔粩嗌?，井?nèi)危險(xiǎn)系數(shù)也將越來越高，對(duì)于井下的施工作業(yè)人員將會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重的生命安全威脅。

對(duì)此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井內(nèi)通風(fēng)需求的有效滿足，主要可采取兩種方案，其一：重新選型對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行更換；其二：針對(duì)目前的現(xiàn)有風(fēng)機(jī)采取技術(shù)改造。前一種方案要將現(xiàn)有的全部風(fēng)機(jī)淘汰，不但會(huì)額外增加大量的成本支出，同時(shí)還要經(jīng)歷風(fēng)機(jī)的采購、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)，影響時(shí)間較長，且會(huì)導(dǎo)致正常的煤礦開采生產(chǎn)受到干擾。經(jīng)過綜合分析、對(duì)比及驗(yàn)證，明確了對(duì)煤礦地面變電所以及主通風(fēng)機(jī)房的高壓柜實(shí)施欠壓保護(hù)技術(shù)改造的方案措施，以期能夠降低成本并減小對(duì)正常生產(chǎn)的影響。

2 欠壓保護(hù)原理分析

2.1 概述

欠壓保護(hù)簡單來說就是在線路電壓下降到了臨界電壓值以后，對(duì)電器設(shè)備所采取的必要保護(hù)措施即為欠電壓保護(hù)，其主要的目的是為了避免設(shè)備由于大幅度過載而被燒毀。受到短路故障等因素的影響，線路電壓便會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生大幅度的下降亦或是消失狀況。這一情況將會(huì)造成線路與電器設(shè)備出現(xiàn)受損。如促使電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)疲倒、堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)數(shù)倍于額定電流值的過電流，使得電動(dòng)機(jī)被損毀；而在電壓值恢復(fù)正常情況后，數(shù)量眾多的電動(dòng)機(jī)設(shè)備自行啟動(dòng)又會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電壓急劇降低，同樣也會(huì)對(duì)電網(wǎng)線路及電器設(shè)備造成損傷。引發(fā)電動(dòng)機(jī)疲倒的電壓值即被稱作臨界電壓。在線路電壓下降到了臨界電壓之后，對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的動(dòng)作也被稱作是欠電壓保護(hù)，其最為重要的價(jià)值是為了避免設(shè)備由于過載而被損壞。在本路電壓值小于臨界電壓保護(hù)電器才做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作即為施壓保護(hù)，其最為重要的任務(wù)是為了避免電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)。

2.2 電動(dòng)機(jī)閉鎖保護(hù)

在電動(dòng)機(jī)保護(hù)當(dāng)中存在著“低電壓”保護(hù)的情況，更多的和過電流以及負(fù)序等保護(hù)共同合作構(gòu)成閉鎖保護(hù)，類似于“電動(dòng)機(jī)復(fù)合電壓閉鎖過流”保護(hù)等?；芈窐?gòu)成通常是為了促使單塊低電壓繼電器線圈同時(shí)并聯(lián)在PT二次回路的任意兩相之間，相應(yīng)的常閉接點(diǎn)在過流保護(hù)啟動(dòng)出口繼電器的回路之內(nèi)，主要是起到閉鎖效果，通常即為電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中PT二次回路電壓處于正常水平，低電壓繼電器線圈帶電吸合主要是處在返回狀態(tài)下，往往常閉接點(diǎn)會(huì)分?jǐn)?，這時(shí)即使是電動(dòng)機(jī)三相電流發(fā)生過流現(xiàn)象，然而只要電動(dòng)機(jī)端的電壓值還未下降到預(yù)先設(shè)定的水平位置，低電壓繼電器便不會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，常閉接點(diǎn)也就依然處于開啟狀態(tài)，因而出口節(jié)電器就處于閉合狀態(tài)，該保護(hù)不發(fā)生動(dòng)作。只有在電動(dòng)機(jī)發(fā)生了過流現(xiàn)象并且電壓水平下降到了低電壓繼電器定值水平之下以后，這一保護(hù)才會(huì)繼續(xù)作出動(dòng)作，在延時(shí)時(shí)間過了以后跳開發(fā)電開關(guān)。若設(shè)備并聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)線路之上亦或是系統(tǒng)當(dāng)中存在接地情況之時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常相的電流都往故障相流，進(jìn)而導(dǎo)致某一項(xiàng)的定子電流出現(xiàn)過流情況，同時(shí)故障相的電壓也將下降，在小于設(shè)定水平之后，作出保護(hù)動(dòng)作，開啟開關(guān)。

2.3 電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)

這一保護(hù)通常是應(yīng)用于對(duì)較為關(guān)鍵設(shè)備的電動(dòng)機(jī)控制回路內(nèi)，同時(shí)此類電機(jī)功率往往與母線當(dāng)中的其余電動(dòng)機(jī)相對(duì)比來說均更為巨大，原理即為電動(dòng)機(jī)跳閘回路內(nèi)并聯(lián)單個(gè)低電壓繼電器常閉接點(diǎn)，同時(shí)此低電壓繼電器線圈也并聯(lián)在電動(dòng)機(jī)所提供的三相電源母線內(nèi)的兩相之間，在實(shí)際運(yùn)行過程中，目前電壓值正常，低電壓繼電器線圈帶電吸合則處在返回狀態(tài)，常閉接點(diǎn)分隔，而在母線失電亦或是出現(xiàn)接地故障后，母線電壓下降到低電壓繼電器動(dòng)作水平后，做出繼電器動(dòng)作，常閉接點(diǎn)閉合，跳閘回路連通，電動(dòng)機(jī)從母線分離出來。

3 基于欠壓保護(hù)技術(shù)思路下的改造方案

3.1 通風(fēng)機(jī)欠壓保護(hù)改造

在煤礦開采區(qū)域內(nèi)所采用的通風(fēng)機(jī)設(shè)備主要包括了同步機(jī)和異步機(jī)兩類，主要是以異步機(jī)為主。（1）同步機(jī)通常具備有失步保護(hù)的功能，也就是在實(shí)施了改造處理時(shí)出現(xiàn)了瞬時(shí)電壓波動(dòng)情況，很有可能會(huì)由于失步而無法避免瞬時(shí)電壓波動(dòng)所帶來的不良影響。（2）在對(duì)異步機(jī)實(shí)施改造處理后完全可避免電壓瞬時(shí)大幅度波動(dòng)所產(chǎn)生的不良影響，通常在電壓波動(dòng)0.5s內(nèi)便完全終結(jié)，在此情況下電機(jī)和風(fēng)機(jī)依然可以保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，只要電壓值恢復(fù)到正常水平，其也便會(huì)再次回歸正常運(yùn)行狀態(tài)，一般而言電機(jī)與風(fēng)機(jī)在恢復(fù)過程當(dāng)中的電流值將會(huì)遠(yuǎn)低于靜態(tài)啟動(dòng)電流，并經(jīng)研究后表明該狀況對(duì)電網(wǎng)而言影響不大。在礦井當(dāng)中通常所選用的通風(fēng)機(jī)欠壓保護(hù)方案為：磁脫扣型（采用延時(shí)欠壓保護(hù)來取代脫扣器）以及欠壓保護(hù)回路驅(qū)動(dòng)跳閘線圈型（對(duì)保護(hù)回路實(shí)施改造處理，額外新增安裝延時(shí)回路）。

3.2 電磁脫扣欠壓保護(hù)改造

此種類型的無壓釋放裝置在實(shí)際操作過程中原理十分簡便，即憑借對(duì)電磁線圈吸附能力的調(diào)節(jié)來促使動(dòng)作值得以改變。然而在電網(wǎng)電壓水平小于35%額定電壓后，線圈將憑借瞬時(shí)釋放來促使開關(guān)得以閉合，沒有任何能夠調(diào)控的余地。由于短距離三相短路所導(dǎo)致的電壓波動(dòng)值往往偏大，殘存壓力相對(duì)較小，很有可能會(huì)造成欠壓釋放器出現(xiàn)多余動(dòng)作。因而需針對(duì)這一種欠壓釋放裝置實(shí)施相應(yīng)的改進(jìn)處理。

一般變電站中經(jīng)常應(yīng)用的電壓電流保護(hù)裝置均較為常規(guī)，具備直流操作電源的可利用退出原裝設(shè)欠壓脫扣器，由電壓互感器二次側(cè)依次選取電壓Uab、Ubc、Uac，共接通3只電壓繼電器。

為避免電壓互感器因斷線而導(dǎo)致低電壓繼電器動(dòng)作開關(guān)出現(xiàn)斷連情況，需在二次回路上串聯(lián)接入電壓互感器斷線并對(duì)繼電器采取封閉鎖定，如下圖1所示。

1YJ、2YJ、3YJ、ZJ常閉接點(diǎn)可在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時(shí)促使電壓值下降至額定電壓值的40%左右，低電壓繼電器常規(guī)閉合點(diǎn)閉合，常規(guī)斷線閉鎖繼電器常規(guī)閉合接點(diǎn)也完全閉合，時(shí)間繼電器帶電，其接點(diǎn)延時(shí)閉合，跳閘回路連通開關(guān)跳閘。

在絕大部分6kV變電站的風(fēng)機(jī)房中其所實(shí)施的繼電保護(hù)均為交流操作，系統(tǒng)電壓降低之后，跳閘線圈TQ電量值可確保操作過程不發(fā)生脫扣現(xiàn)象，從而欠壓保護(hù)的效果自然也就難以達(dá)到。因而需額外增加UPS電源來進(jìn)行操作，其電壓值約為1kW左右，具體可結(jié)合以實(shí)際的操作機(jī)構(gòu)來選取110V亦或是220V，而其容量值大小則應(yīng)當(dāng)符合于TQ功率值，除了所采用的繼電器為交流繼電器以外，在原理方面與直流操作完全一致。

3.3 驅(qū)動(dòng)跳閘線圈欠壓保護(hù)改造

采取電解電容充放電來對(duì)跳閘線圈實(shí)施操作，依據(jù)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)頻率及存在時(shí)間來對(duì)1SJ與2SJ繼電器實(shí)施跳閘調(diào)整。在對(duì)驅(qū)動(dòng)跳閘線圈欠壓保護(hù)進(jìn)行改造前可利用欠壓繼電器1ZJ與2ZJ充當(dāng)脫扣保護(hù)裝置，因此也便能夠規(guī)避電網(wǎng)電壓波。

在實(shí)施改造處理后可利用時(shí)間繼電器來充當(dāng)延時(shí)脫扣保護(hù)，同時(shí)還可新增加電解電容來進(jìn)行充放電操作并達(dá)成脫扣保護(hù)。

4 效果評(píng)價(jià)

將原本的欠壓繼電器予以拆卸，重新更換上能夠進(jìn)行調(diào)控的0.1～5s的時(shí)間繼電器，所選用一只450V/1000？滋F的儲(chǔ)能釋放電解電容，并可依據(jù)實(shí)際的脫扣功率大小水平再重新并聯(lián)一只。整流模塊可選擇1000V/35A。之后將其中的接觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換成常閉點(diǎn)，時(shí)間設(shè)定為0.5s左右，具體可結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)整，原則上不超過5s即可。

在針對(duì)某煤礦的兩礦井進(jìn)行了改造處理后，進(jìn)行實(shí)際測(cè)定表明其動(dòng)作時(shí)間為0.8s，次年該煤礦所在電網(wǎng)發(fā)生了一次較大幅度的電壓波動(dòng)情況，除改造過的兩礦井高壓柜正常運(yùn)行外，其它的運(yùn)行設(shè)備均發(fā)生了停機(jī)情況，據(jù)此表明對(duì)煤礦地面變電所以及主通風(fēng)機(jī)房實(shí)施欠壓保護(hù)技術(shù)改造其作用價(jià)值顯著，有助于保障煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全進(jìn)行，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值顯著。

5 結(jié)束語

綜上所述，在對(duì)煤礦地面變電所以及主通風(fēng)機(jī)房基于欠壓保護(hù)技術(shù)改造思路下，更換了可自主調(diào)節(jié)的1SJ以及2SJ時(shí)間繼電器后，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井通風(fēng)量與負(fù)荷壓力的完全滿足，而且再未出現(xiàn)任何跳閘停機(jī)故障，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全及功率得到了顯著提升。

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