煤礦井下機電設備高壓真空配電裝置技術改造研究

趙鵬云

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司， 山西 晉城 048000）

引言

隨著社會以及煤礦行業的發展，人們的安全意識越來越高，使得人們在關注煤礦行業運行效率的同時，也越來越重視其生產安全[1]。煤礦開采過程中離不開很多機電設備，正是大功率機電設備的使用極大提升了工作效率[2]。高壓真空配電裝置是保證煤礦行業機電設備用電安全的重要保障，輕則影響煤礦企業的生產效率，重則影響企業財產以及井下工作人員的生命安全[3-4]。基于此，必須千方百計采取措施保證井下機電設備的用電安全。

1 煤礦井下高壓真空配電裝置現狀

機械化是煤礦行業未來發展的必然方向，且為了提升煤礦開采效率，機械設備的型號和功率日益增加，使得煤礦井下配電系統和規模也越來越大，整體的機電設備容量和供電電壓都快速提升，這給井下用電和高壓真空配電造成了較大困難，在運行過程中也暴露出了部分問題[5-6]。某煤礦井下高壓真空配電裝置數量較多，但這些裝置的生產廠家不同，型號不一致，投入運行的時間也存在差異，導致它們之間的性能參差不齊，機電設備在正常運行過程中經常發生保護越級跳閘、拒動或者誤動的問題，給井下正常安全生產構成了嚴重威脅。

1）部分線路較短導致難以有效區分各級開關速斷保護定值。因為在短線路中發生短路故障時，整個線路中的短路電流值變化不大，即始端和末端的短路電流差值非常小，如果根據末端電流值進行整定則使得保護靈敏度低于1，根據有關的規章制度，當靈敏度低于1 時不建議配置電流速斷保護。然而根據相關的安全要求，所有的井下機電設備都必須安裝速斷保護，兩者之間產生矛盾。這種情況下通常都是根據相同靈敏系統法整定，但在實踐中容易出現越級跳閘問題。

2）當短路電流值較大時難以區分各級配電裝置速斷保護定值。例如，如果線路中的CT 變比是150/5，根據電路電流整定值的十倍進行配置，則保護的最大電流值為1 500 A，已經超過了保護速斷的正常工作區間，出現越級跳閘現象是必然現象。

3）失壓保護延時整定困難導致出現全部跳閘現象。部分煤礦井下失壓保護動作存在延時，無法有效整定。一些失壓保護動作無法準確完成，如果在母線附近的饋線出現短路問題，就會導致母線出現短時間失壓現象，進而引發母線其他高壓配電裝置出現誤動作，最終出現成片跳閘問題。

2 高壓真空配電裝置技術改造功能目標

針對上述存在的問題，對煤礦井下機電設備高壓真空配電裝置實施技術改造，建立煤礦用電調度指揮中心，對于所有機電設備高壓真空配電裝置通過以太網組網的模式將相關數據信息傳輸至指揮中心進行匯總，并在監控大屏上實時顯示相關信息。通過這種模式能夠對煤礦井下所有機電設備高壓真空配電裝置進行監控和遠程調節，減少人工操作。

本次技術改造建設的監控系統覆蓋煤礦井下所有機電設備高壓真空配電裝置，可實現供電系統的監測和機電設備的監測，能夠進行遠程操作和控制，對數據信息進行智能分析處理。通過對高壓真空配電裝置數據信息的采集與分析，提前預告各種潛在的安全隱患，進而采取措施避免發生用電安全事故。系統可以對事故進行預警和報警，對繼電設備進行保護，對事故進行快速定位并提出解決方案，避免整個煤礦井下供電系統發生大面積停電跳閘問題，確保所有機電設備的正常安全穩定工作。對于一些不方便通過人工進行操作的環節實現遠程操作，防止出現人員傷亡事故。

3 保護器保護原理

技術改造后的保護裝置全部使用SGZB-07A 型號，具備電流速斷和兩段定時限過流保護功能，其中電流速斷保護又叫作過流I 段保護，主要對短路故障進行保護。兩端定時限過流保護又叫做過流Ⅱ段和Ⅲ段保護，主要作為備用保護。圖1 所示為SGZB-07A 型保護器的結構原理簡圖。

圖1 SGZB-07A 型保護器的結構原理簡圖

3.1 速斷保護

機電設備投入使用瞬間會引起勵磁涌流沖擊，導致速斷保護發生誤動作，使機電設備無法正常送電投入使用。當機電設備連接的變壓器容量超過600 kVA 時，應當在速斷保護中設置50 ms 的延時，以免發生誤動作。

3.2 定時限過流保護

定時限過電流保護對于機電設備相關電氣元件的保護動作時間為額定值，與其他因素比如機電設備運行功率、線路中的電流大小等沒有關系。基于此，使用定時限過電流保護過程中，避免機電設備處在最大功率狀態運行，不然可能會延長短路保護動作時間。一般而言，短路保護動作反應時間與短路電流值存在直接關系，短路電流值越小則保護動作反映時間越長。

3.3 反時限過電流保護

主要設置在傳輸線路上，如果被保護的傳輸線路中首端出現了問題，則反時限過流保護可以快速切斷線路避免對機電設備造成損壞。本文所述的SGZB-07A 型保護器能夠滿足IEC 標準，可根據實際需要選擇一般反時限、非常反時限、極度反時限中的任何一種反時限特性。

對于終端線路通過短路保護和過載保護達到保護的目的，對于電源的進出線則需要上下級之間的配合，為了避免出現越級跳閘問題，通過短路保護和后備保護達到保護的目的，通常不需要過載保護。短路保護、后備保護和過載保護的整定值應該依次降低，而延時時間則應該依次延長。每種保護的時間和電流定值都能夠進行單獨設置，避免只能統一設定整定值的弊端，方便不同級別保護之間的配合，防止發生保護越級跳閘，或者由于失壓導致的整個煤礦井下停電事故。

4 技術改造后應用效果

對某煤礦井下機電設備高壓真空配電裝置進行全面技術改造后，可對相關情況進行遠程監控和操作，提升了保護動作的安全性、及時性和可靠性，保證了機電設備的用電安全和煤礦的安全穩定生產。應用效果如下：

1）越級跳閘方面。搭建了煤礦井下機電設備用電監控中心，可實現所有機電設備用電情況的實時監控，每種保護的時間和電流定值都能進行單獨設置，方便不同級別保護之間的配合。進行技術改造后沒有出現過保護越級跳閘現象。

2）無人值守方面。通過遠程模式對機電設備各類開關進行控制和調節，各類保護裝置都實現了數值化，能夠實現定值的連續調節，提升了保護動作精度。基本沒有出現拒動或者誤動的現象，通常情況不需要進行人工操作。

3）故障記憶方面。對于失壓保護而言，通過電流閉鎖以及設置一定時間段的延時，防止了由于機電設備投入使用瞬時導致的整個煤礦井下成片失壓跳閘的問題。系統可以對相關事件和故障波進行自動記錄，方便快速定位故障位置并查找故障原因，進而在最短時間內處理故障問題，縮短故障時間。

4）視頻監視方面。搭建了機電設備用電視頻監視系統，并將其與監控系統直接連接，通過檢測系統能夠實時查看機電設備電路情況。防止由于某個機電設備回路出現短路故障而引發整個煤礦井下全面跳閘斷電的現象，提升了整個煤礦井下用電安全性，實現操作過程的可視化。

5）電能消耗方面。在此次技術改造中，對每個機電設備都安裝了電量計量裝置，能夠準確收集每個設備在運行過程中所消耗的電量，為煤礦企業科學制定用電方案提供了數據支撐。

5 結論

某煤礦井下機電設備高壓真空配電裝置數量較多，這些裝置的生產廠家不同、型號不一致，導致運行過程中存在諸多問題。為了確保用電安全，提升機電設備用電的安全性和可靠性，對高壓真空配電裝置進行技術改造。通過技術改造提升了保護裝置的數字化水平，保證了煤礦井下機電設備的安全性。