王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司

0 引言

      由于中國(guó)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?，設(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(zhǎng)，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(kāi)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。

     從電弧光的參數(shù)來(lái)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(yáng)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(guò)大的壓強(qiáng)可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)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(guò)大和溫度過(guò)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(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

     關(guān)于設(shè)備內(nèi)部電弧光出現(xiàn)的故障問(wèn)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(lái)中國(guó)根據(jù)故障原因分析結(jié)果，研究開(kāi)發(fā)了不同故障引起的電弧光檢測(cè)保護(hù)裝置，通過(guò)電弧光檢測(cè)，有效解決了過(guò)去電弧光保護(hù)反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)的問(wèn)題。電弧光保護(hù)裝置在煤礦行業(yè)高壓開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用，主要是在開(kāi)關(guān)柜不同的單元中設(shè)置壓力傳感器，這樣通過(guò)壓力檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的故障問(wèn)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(kāi)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(lái)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(guò)對(duì)絕緣失效的早期信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并設(shè)置保護(hù)裝置，可以通過(guò)檢測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜中臭氧的體積分?jǐn)?shù)來(lái)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

     在中國(guó)傳感器的研究開(kāi)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(kāi)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(shì)，不僅可以對(duì)電弧光進(jìn)行有效檢測(cè)，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。

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(lái)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(guò)了100ms，反應(yīng)保護(hù)時(shí)間太長(zhǎng)，所起到的保護(hù)作用很小；后一種保護(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。

     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(jiǎn)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(kāi)關(guān)和相鄰的母聯(lián)開(kāi)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(kāi)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(wèn)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(cè)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(guò)大而出現(xiàn)故障時(shí)或者在檢測(cè)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(shuō)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) 

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)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(zhǎng)度不能超過(guò)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(chǎng)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(wú)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(guò)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(guò)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(lái)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。

參考文獻(xiàn)：

［1］王敬.煤礦高壓開(kāi)關(guān)柜中電弧光保護(hù)裝置的應(yīng)用[J].2095- 0802- (2018)11- 0146- 02

［2］ 楊益民，關(guān)芳.電弧光保護(hù)系統(tǒng)在中低壓開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用［J］.小水電，2013(3)：27-29.

［3］徐東晟，邱志人.快速滅弧開(kāi)關(guān)在中壓開(kāi)關(guān)柜上的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2012(24)：373.

［4］劉明明，配電開(kāi)關(guān)柜短路燃弧故障保護(hù)系統(tǒng)研究與應(yīng)用［D］.福州：福州大學(xué)，2013[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.