消除因欠電壓導致停電停風事故的方法研究

文/王永

消除因欠電壓導致停電停風事故的方法研究

文/王永

當地面或井下任何地點的高壓供電部分發生短路故障時，往往導致礦井電網電壓降低，從而導致與故障線路相連的井下高低壓開關因欠壓而大面積跳閘，導致井下大面積無計劃停電停風。待故障點切除，電壓恢復正常后再人工逐級送電，逐條巷道用局扇排瓦斯需要很長時間，導致大面積瓦斯超限，給礦井安全生產帶來極大威脅。

對此，山西華晉焦煤沙曲礦進行了一系列研究總結，從根本上解決了因電網電壓降低導致井下大面積停電停風問題。

一、井下供電設備跳閘原因分析

1.井下高壓開關跳閘原因

對于彈操機構開關來說，一方面是開關內部的失壓脫扣器線圈在電網電壓降低瞬間磁場強度降低，吸力下降，使脫扣機構動作跳閘；另一方面是綜合保護器在電網電壓降低時，其CPU及部分芯片無法正常工作，致使與外部失壓脫扣器線圈供電回路相連的常開點斷開（正常時閉合），使失壓脫扣器線圈失電，導致開關跳閘。

對于永磁機構的高壓開關跳閘原因，則主要是由于永磁機構控制器程序設置不同，只要系統電壓低于額定值75%就跳閘。

2.變壓器跳閘原因

目前國內生產的移動變電站都是采用高壓側分合閘，但是高壓側機構與高壓隔爆開關相似，跳閘原因相同。

3.低壓饋電開關方面

一方面，開關內部的失壓脫扣器線圈在電網電壓降低瞬間磁場強度降低，吸力下降，使脫扣機構動作跳閘。另一方面是綜合保護器在電網電壓垮落時，其CPU及部分芯片無法繼續正常工作，致使其與失壓脫扣器線圈供電回路相連的常開點斷開（正常時閉合），使失壓線圈失電，導致開關跳閘。

4.低壓磁力啟動器方面

一方面是由于電網電壓降低后，其接觸器線圈產生的磁場強度降低，吸力下降，導致分閘。另一方面是綜合保護器在電網電壓降低時，其CPU及部分芯片無法繼續正常工作，致使受保護器控制的中間繼電器斷電，使接觸器線圈斷電跳閘。

二、解決方法

要想從根本上解決因電網電壓降低導致井下大面積停電停風問題，必須使井下供電設備具備失壓延時功能，從而躲過短路故障時間，使供電系統在發生短路故障時仍能穩定運行，尤其是井下局扇供電設備的穩定運行。

1.解決高壓開關因電壓降低導致跳閘問題

首先將井下高壓供電設備的綜合保護器全部更換成ZBT-11型智能綜合保護器，失壓延時時間可達5s，延時動作時間在5s以內可調，沙曲礦在保護器中設置失壓延時動作時間為2s，只有在電源側斷電時間超過2s時保護器才會讓開關跳閘，而電網短路故障一般在0.3s以內能夠切除，保護設置的失壓延時2s后動作時間能夠躲過電壓降低時間，不會因電網電壓降低而誤動。

其次將高壓開關的失壓脫扣線圈拆除，因為該型保護是靠其本身存儲的135V直流電源驅動分閘線圈實現開關分閘，無需失壓脫扣線圈。對于永磁機構的高壓開關，在將綜合保護器更換成ZBT-11型保護器后將永磁機構控制器更換成同型號同廠家的具備失壓延時功能的控制器即可。

2.解決低壓饋電開關因電壓垮落導致跳閘的問題

首先將保護器更換成具有失壓延時功能的GCS2322型智能綜合保護器，該型保護器在電源側斷電后仍能正常工作3s，沙曲礦將失壓延時時間設置成1.5s，可以躲過短路故障切除時間0.3s，確保保護器不會誤動。其次在饋電開關失壓線圈供電回路中并聯1個電容和1個電阻，如圖1，平時失壓脫扣線圈靠外部整流橋供電，同時對電容C2進行充電，當電源側電壓降低或停電時，電容C2對失壓線圈繼續供電，能夠使其維持吸合狀態1.5s時間，可以躲過短路故障時間。當負荷側發生故障時，保護器可以通過其常開點K2斷開失壓線圈電源，通過其常閉點K1接通分閘線圈供電回路，使開關跳閘。當電源側斷電后，保護器延時時間到，也可通過其常開點K2斷開失壓線圈電源，使開關跳閘。

3.解決局扇用磁力啟動器因電壓降低跳閘問題

目前沙曲礦為局扇供電的磁力啟動器全部是QBZ-2×120SF型組合開關，該型開關采用PLC控制分合閘和主備局扇之間的自動切換。因無法找到具有足夠容量能夠使接觸器保持吸合狀態達1s時間的電容，所以只能采取添加斷電延時繼電器，使開關在電壓降低時先跳閘后自動合閘的辦法解決誤跳閘的問題，斷電延時時間設置成10s。組合開關內部PLC控制圖如圖2（開關內部其他部分省略）。該繼電器由36V供電，并受PLC的C1Y1之間節點控制，在電源側來電并且PLC正常運行5s后C1Y1通電，5s之內C1Y1不通，繼電器處于斷電狀態，每次電源側來電5s之內PLC首先檢測時間繼電器的常開點ST1（引到PLC的X6輸入端）是否閉合，如果閉合，說明停電時間沒有達到10s，是電網電壓瞬時降低或誤操作停電，PLC自動啟動開關為局扇供電，如果時間繼電器常開點斷開，說明停電時間超過10s，是電源側有計劃或故障斷電，PLC一直等待人工啟動開關。

4.解決變壓器因電壓垮落跳閘問題

由于目前還沒有具備失壓延時功能的移動變電站，所以將為局扇供電的變壓器全部更換成干變，然后低壓側采用“總饋電開關+分路饋電開關+局扇組合開關”的方式為局扇供電，如圖3，確保局扇供電線路都具備失壓延時功能。將為采掘工作面供電的變壓器全部更換成移動變電站，雖然在電壓降低時會跳閘，但是只影響工作面動力設備，不會影響安全，同時工作面使用移動變電站后也方便設備檢修時停送電操作。

5.采掘工作面用饋電開關和磁力啟動器禁止具備失壓延時功能

一方面因為其停電不影響安全，另一方面在工作面瓦斯超限或局扇停風時要求工作面全電壓斷電，如果此時開關內部儲存有一定電能，在開關失爆情況下可能引起瓦斯爆炸。

三、效果檢驗

沙曲礦采用以上方法逐步對井下供電系統進行了改造，使井下各個變電所高低壓開關、為局扇供電的所有饋電開關和組合開關都具備了失壓延時功能，基本杜絕了因欠壓導致大面積無計劃停電停風事故。

（作者單位：華晉焦煤有限責任公司沙曲礦）

(責任編輯：李元)