煤峪口礦10 kV高壓柜保護裝置改造分析

武 超

（晉能控股煤業集團 煤峪口礦，山西 大同 037041）

在煤礦安全生產中，為避免長時間停電，要求井下變電所等重要負荷的供電使用雙電源線，但由于供電系統母線瞬間低電壓閃變造成大面積停電事故，給礦井造成很大危害。供電系統是礦井產能鏈中的重要環節，保護裝置作為供電系統的重要組成部分，對電網及電氣負荷的穩定起關鍵作用。隨著礦井的不斷開采，產能不斷提高，井下對電力的需要也越來越大，需要擴大供電系統的規模，同時要提高系統的穩定性和安全性，對保護裝置提出了新的要求。

1 概 況

礦用高壓柜的低電壓保護動作主要是依靠斷路器上自帶的失壓線圈來實現的，煤峪口礦目前使用的是10 kV高壓柜，保護裝置采用電合閘和電跳閘控制回路，合閘電源是DC220V，通過低壓直流屏為其提供電源，在運行過程中，由于電氣設備故障而導致變電所進線柜跳閘，且備用電源沒有辦法滿足日常供電需要，造成礦井長時間大面積停電，影響設備的安全運行。為了確保高壓柜能正常合閘，不影響礦井的安全生產，根據高壓柜的實際情況，對高壓柜進行改造。

煤峪口礦在此之前多次出現雷擊停電事故，每次遇到雷擊跳閘時，高壓柜會顯示失壓分閘，保護器出現過壓報警，沒有跳閘，由于上級的過壓保護動作會使下級產生失壓跳閘，加上變電所距離母線較近的區域出現電路短路，使母線低電壓瞬間閃變，造成失壓線圈電壓值低于規定值，使失壓線圈跳閘。在高壓柜的安裝和使用過程中，由于沒有失壓延時保護功能，在母線低電壓瞬間閃變后，電壓失電導致高壓進線柜缺少高壓失壓跳閘保護，不能與低壓失壓后的電路形成聯鎖保護，造成大面積停電。這種裝置的設置不符合《煤礦安全規程》要求，給礦井的安全生產帶來重大隱患。因此，需要加裝失壓保護裝置，消除安全隱患，確保礦井生產的安全。

2 低壓失壓保護裝置

通過加裝低壓失壓保護繼電器來達到電壓保護的目的，為了檢測低電壓回路控制電源是否正常，使用同一電源對失壓保護繼電器和低壓控制回路進行供電。如果低壓電源顯示正常，則UPS電源輸出正常，如果低壓電源顯示失壓，則UPS電源失電，電源自帶的蓄電池會逆變出AC220V電源。在正常工作時，UPS電源會將一部分電源輸出至操作回路，供高壓真空斷路器等保護裝置設備供電，將另一部分電源輸出至高壓真空斷路器的儲能回路，為設備提供電源。

在低電壓控制回路正常時，失壓保護繼電器處于吸合狀態，輔助常閉觸點斷開，此時高壓跳閘回路不得電；在低電壓控制回路切斷電源后，電壓失電，備用電源會逆變出控制電源，輸出至操作回路和儲能回路，由于低電壓控制回路斷電，低壓保護繼電器斷開，輔助常閉觸點閉合，此時高壓回路得電，脫扣線圈跳閘，高壓真空斷路器斷開，切斷主回路的電源，使設備停止運行。失壓保護繼電器及其輔助觸點可以同時控制單個高壓柜或多個高壓柜。如果在低壓控制回路斷電后，高壓跳閘沒有跳閘，則高壓電源通過真空斷路器給低電壓設備供電，造成低電壓供電設備失電而高電壓設備運行，給供電設備帶來故障。在停電后，低電壓控制的工作閘會出現抱閘堵轉情況，高壓設備的主電機會因低電壓堵轉而造成高壓電流瞬間增大，導致高壓過流保護，進而出現越級跳閘現象，引發大范圍的停電，造成經濟損失。

3 高壓失壓保護裝置

在高壓柜上安裝含有失壓延時功能的保護器，在設備失電后通過保護器來控制失壓延時跳閘，同時拆除輸出柜上的失壓線圈，保護器的分合閘原理如圖1所示。

圖1 高壓柜保護器改造后的分、合閘原理Fig.1 The switching principle of the high voltage cabinet protector after modification

根據變電所PT柜中引出的電壓來判斷高壓柜保護器是否失壓，當檢測到電壓低于設定值時，判定保護器失壓，通過人為設定保護器延時時間，讓高壓柜的斷路器處于閉合狀態，分閘回路帶動斷路器跳閘。保護器使用施耐德的Sepam40系列，低電壓延時時間可設定在50 ms～300 s。由于電源短路造成母線電壓出現閃變一般在幾秒之內，因此，通過合理地設置失壓保護裝置的延時時間，就可以避免因母線電壓閃變而造成的電路跳閘。同時，定期加強對線路電纜絕緣值的測試，在絕緣值較低且低于規定值時，需要采取措施進行處理，在變電所和一些架空線路上加裝防雷裝置，盡可能地降低低電壓閃變造成的故障率。

將加裝的失壓延時斷開裝置并聯在失壓脫扣線圈電路上，如圖2所示。由于失壓脫扣器的各線圈參數都各不相同，因此，要調節Rs和R的參數值。先調節Rs的參數值，使失壓脫扣線圈的電壓值在額定電壓值的35%以下，此時鐵芯能自動脫扣；失壓脫扣線圈的電壓值在額定電壓值的80%以上，此時鐵芯能自動吸合；再調節R的參數值，使失壓脫扣線圈的工作電源在消失1.5～3 s后，鐵芯自動脫扣，以此達到失壓延時保護功能。

圖2 失壓延時斷開裝置電路Fig.2 Circuit of delay breaking device

4 結 語

在煤峪口礦10 kV供電系統的輸出端使用失壓延時保護，保護了井下線路的安全，提高了保護裝置的穩定性。由于工作電流相差較大，在主線路發生故障時，短路電流低于額定工作電流，此時不會發生越級跳閘現象。當井下約20%的線路都出現兩相短路時，保護裝置可以進行無時限跳閘保護。采用改造的10 kV高壓柜保護裝置后，自運行以來，因母線低電壓閃變而引發的停電事故率顯著降低，供電系統的穩定性得以提高。