礦用隔爆高壓真空配電裝置與高壓軟啟動整定配合研究

陳 健

（西山煤電集團公司東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

隨著礦井采掘深度的不斷增加，瓦斯涌出量也在不斷加大，加劇了瓦斯抽放泵張的運行功率，導致瓦斯抽放泵站的高壓真空配電裝置頻繁越級跳閘，影響礦井的瓦斯抽放質量和效率，進一步影響礦井的安全生產順利開展。為保障礦井的安全生產需對因電機運行負荷大導致的跳閘現象進行分析研究。

1 東曲礦羊圈港瓦斯抽泵站供電系統概述

東曲礦羊圈港瓦斯抽放站安裝有兩臺2BEC-72水環真空泵，使用情況為一用一備。配兩臺額定電壓6 kV的800 kW電機，電機額定電流92.7 A，運行電流60 A。該礦區35 kV變電所不同兩段供兩趟6 kV電源，軟啟動型號為山東濟源KBGR-200/6，由于該系列高壓軟起動器本身無隔離開關，為保證檢修安全，在其前級安裝一級配電裝置，型號為八達PLG9L-200/6Y配電開關。

2 高壓配電裝置電流保護原理

2.1 三段式電流保護工作原理

三段式電流保護工作原理是第一階段電流速斷保護與第二階段的電流限時速斷保護及第三階段的電流定時速斷保護間整定配合對系統線路和電機的保護方式。

2.1.1 保護動作條件

三段式相間電流保護動作條件即當保護跳閘壓板投入時，整定值小于任一相保護電流I時，保護動作：Imax＞第一階段保護電流I1，保護無時限動作；Imax＞第二階段保護電流I2，保護經過時間T2后跳閘；Imax＞第三階段保護電流I3，保護經過時間T3后跳閘[1]。

線路系統的主保護方式為電流速斷保護和電流限時速斷保護，第三階段的電流定時速斷保護及過流保護為系統線路及其他線路的近后備和遠后備保護。系統線路中第三段電流保護的整定值、保護時間及跳閘壓板均進行獨立設定。

2.1.2 三段式相間電流保護邏輯

三段式相間電流保護邏輯圖如圖1所示。

圖1 三段式相間電流保護邏輯圖

2.2 反時限過流保護原理

反時限電流保護的動作時限是結合短路電流大小而進行變化的，當電流小時，保護動作時間越慢，相反電流越大時，其保護動作時間則越快。

標準反時限電流保護計算公式：

非常反時限電流保護計算公式：

極端反時限電流保護計算公式：

長反時限電流保護計算公式：

式（1）—（4）中：I為故障電流；Ip為啟動電流；tp為反時限過流保護時間整定值，取2。

2.3 動作條件

當電機工作狀態異常、存在超負荷運行時，鑒于電機自身具有一定的過載能力，當過載電流越大，通過時間越快；過載電流越小時，通過的時間越慢。電動機超負荷運行時電流過載情況下和允許工作時間為反時限特性，均設有反時限過流保護裝置。反時限電流保護跳閘壓板投入，則保護延時跳閘，保護告警壓板投入時，系統保護延時告警[2]。

為使電機具有過載能力，需將保護電流的整定值調整高，如1.05倍的額定電流，根據通入電流I大小不同，相應的動作時間Tfs不同，電流越大動作時間越短。

2.4 保護邏輯

反時限跳閘保護邏輯圖如圖2所示。

圖2 反時限跳閘保護邏輯圖

3 電流保護整定計算

供電系統整定計算如圖3。

圖3 供電系統整定計算圖

瓦斯抽泵站電機額定電流為92.7 A，根據公式（5）計算整定電流：

式中：Iop為繼電保護動作電流整定值，A；Krel為保護裝置可靠系數，取1.6；Kst為接線系數，取7；INM為變壓器額定電流，取92.7A。將數值帶入公式得Iop=1038A。

4 反時限過電流保護分析

4.1 投入反時限過電流保護中出現的問題

在調試過程中出現高壓軟起動器啟動過程時，前級配電裝置過電流動作情況。調試過程出現問題為：瓦斯抽放泵正常啟動時出現三次反時限過電流動作，反時限過電流動作值分別為14.8 A、15.44 A、15.68 A，電流互感器為200/5，換算為一次整定值為592 A、617 A、627 A。

4.2 故障分析

由于高壓軟啟動器采用電流斜坡模式起動，電流斜坡模式起動過程中啟動電流具有如圖4電流波形圖。

圖4 電動機運行電流波形圖（A）

圖 4中：初始起動電流 Iini為（50%～400%）IFLA，可調（IFLA是電動機全電流）；最大起動電流Imax為（100%～600%）IFLA，可調；脈沖突跳電流 Ikic為（100%～600%）IFLA，可調。斜坡時間 tramp為 0～120 s，可調；脈沖突跳時間 tkic為 0.1～10 s，可調。

根據長反時限電流保護計算公式計算得出長反時限：

根據極端反時限電流保護計算公式計算得出極端反時限：

根據非常反時限電流保護計算公式計算得出非常反時限：

2月6日，1號機啟動時共出現兩次反時限過流；3月15日，1號機啟動時1號機出現1次反時限過流動作，每次為啟動14 s，反時限過電流動作，開關跳閘。綜合以上反時限動作事故，經分析每次啟動約12～14 s后，出現高開斷路器反時限動作。

4.3 原因分析

根據計算當使用長反時限動作曲線時，動作時間為58.3 s，保護動作時間過長，失去保護作用；使用極端反時限動作曲線時保護動作時間為8.7 s，躲不過啟動時間，故無法使用反時限曲線保護。

5 系統整定配合解決方案

動作時限按躲過電動機啟動時間整定，具體情況根據電動機啟動時間進行整定18 s。在保護“跳閘”壓板投入，任一相保護電流I大于整定值時，保護動作；Imax＞I1，保護無時限動作；Imax＞I2，保護經過時間T2后跳閘；Imax＞I3，保護經過時間T3后跳閘。

另外投入高壓軟啟動器過載保護，固態軟起動器具有微機過載保護器，可以根據電動機選擇各種保護。當電機發生電流過載故障時，高壓軟啟動器可以有效地保護電機。因此瓦斯抽泵站電流保護方式為：瓦斯抽泵站的電流速斷保護裝置內高壓配電裝置在進行保護過程中，應以限時速斷為系統線路的主要保護方式，系統線路中的定時過流保護及近后備保護和其他線路中的遠后備保護和變頻高壓軟啟動器相互整定配合對電機在使用過程中進行有效的保護。無論繼電器裝置采用何種保護方式，在其規定動作時間的整定過程中，都應離發生故障點最近的一級控制設備執行跳閘保護為準[3]。

6 結論

1）按此方案投入定時限電流保護方式后，經多次啟動，瓦斯抽動均可以正常啟動；電機發生電流故障后能可靠地對電機進行保護。

2）應結合開關保護器的具體型號，制定不同的整定方法。由于新型的開關保護器均采用先進的電腦保護器，其基本整定原則和整定計算方式和原有的開關所使用的繼電器保護的方式亦不相同。即使同種保護方式的繼電器保護裝置由于系統的供電方式和所承載的負荷類型不同，其整定值的計算結果也不同。

3）當實際承載的負荷大于變壓器的容量時，應結合電流的實際負荷進行整定，與根據變壓器的額定電流進行整定計算結果要準確。無論何種保護方式的繼電器裝置，其規定動作時間的整定過程中，都應離發生故障點最近的一級控制設備執行跳閘保護為準。