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矿井移动变电站低压侧漏电保护

发布日期:2015-05-21 08:37    浏览次数:

方章英1,2,陈中华3,张 立1,2
(1.安徽矿业职业技术学院 机电工程系,安徽 淮北 235000;2.安徽淮北煤电技师学院 机电工程系,安徽 淮北 235000;3.辽宁工程技术大学 电气控制与工程学院,辽宁 葫芦岛 125105)
摘 要:为了降低由供电问题造成的煤矿事故当中70%~80%的瓦斯事故,以矿井移动变电站低压侧漏电保护为研究对象,从研究、设计到检测过程详细分析了矿井移动变电站低压侧附加直流电源保护过程,对变电站起动前、后进行编程控制运用新设计、新控制方法。通过现场实验研究表明:系统整体性能优良、操作简便,运行稳定,能达到目前对煤矿移动变电综合保护的能力,对降低煤矿瓦斯事故具有保障作用。
关键词:移动变电站;瓦斯事故;漏电;保护;监控
中图分类号: TP 273 文献标识码: A
Leakage protection at low voltage side of mine mobile substation FANG Zhangying1,2,CHEN Zhonghua3,ZHANGLi1,2
(1. Electrical Engineering Anhui College of Mining and Technology, Huaibei 235000, China;2. Huaibei Coal Institute of Electrical and Mechanical Engineering Technician, Huaibei 235000, China;3. Department of Electrical Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China)
Abstract: In order to reduce the coal mine accidents caused by power supply problems which account for 70% to80% of the gas accident, this study investigated the leakage protection at low voltage side of mine mobile powersubstation, and analyzed the DC power supply protection process at low voltage side of mine mobile substationin terms of design and detection process. New design and control method were applied in programmed controlbefore and after starting the substation. The field experiments show the excellent system performance, simple inoperation, and stable in operation. It can meet the requirements for mobile substation protection.Key words: mobile substation; gas accident; leakage; protection; monitoring
0 引 言
中国煤矿自然条件复杂,瓦斯灾害严重,每年煤矿事故当中有70%~80%属于瓦斯事故,其中绝大部分的瓦斯事故由供电问题造成。矿井移动变电站把中央变电所或者采区变电所送来的6 000 V 高压电能转变为3 000 V、1 140 V、660 V 电压等级,向采区工作面生产机械驱动设备提供电能,煤矿井下低压电网漏电将造成外露电火花,有引起瓦斯爆炸的危险,煤矿井下供电可靠性与安全性直接关系到煤矿生产和人身安全[1-2]。从20 世纪90 年代,中国煤矿井下供电电源要求无油化、真空化,采煤机械化、自动化水平的提高,采区用电设备容量不断增大,采区供电主要采用移动变电站供电方式。近年来,煤矿井下的电气设备采用单片机和PLC 作为控制系统的控制核心,使煤矿井下电气设备自动化水平得到很大提高。由于煤矿井下工作环境恶劣、空气潮湿、电气设备经常移动、启动频繁、负荷波动大,采掘工作面空间狭窄,冒顶等事故都会使电气设备绝缘强度逐渐降低,经常出现漏电故障。本文以井下移动变电站低压侧漏电保护为研究对象,充分利用矿井监控系统的现有资源,实现对移动变电站低压侧漏电进行监控,利用组态王软件界面实现移动变电站低压侧参数显示,通过PLC 的控制,实现系统的安全可靠运行,界面友好。通过现场运行调试,证明系统整体性能优良、操作简便、运行稳定、保护性能安全可靠。
1 移动变电站低压侧漏电保护原理
1.1 附加直流电源漏电保护原理
矿井移动变电站低压侧漏电保护采用附加直流电源漏电保护原理。即在移动变电站低压侧供电线路与地之间附加直流电源作为漏电信号的检测电源,来监视供电线路对地的绝缘水平。在三相电网与大地之间附加一直流电源,直流检测电流流经
电网对地总绝缘电阻rΣ,并近似与rΣ成反比。线路和电气设备正常运行的状态下,电网对地的绝缘电阻值较高,rΣ相当于三相电网每相对地的绝缘电阻并联,以1 140 V 电网为例,正常时,最低绝缘电阻值为63 kΩ,因此检测电路的直流电流非常小,当电网绝缘水平下降到一定值或人身触及电网任意相带电导体以及电网单相接地时,直流电流突然增大,大于直流继电器的整定值,直流继电器J 动作,达到漏电保护目的[3-4],其原理见图1[5-6]。

矿井移动变电站低压侧漏电保护,采用PLC 代替继电器,使保护更加灵敏、更加可靠。变电站的漏电保护分为漏电闭锁保护和漏电跳闸保护。漏电闭锁主要用在煤矿井下在移动变电站的断电状态下,对低压侧供电线路和设备的绝缘水平进行绝缘监视。若此时电气设备及其供电线路的绝缘水平较低,低于闭锁值时变电站低压馈电开关拒绝合闸,起闭锁作用。以1 140 V 为例,在移动变电站低压开关合闸之前如果系统绝缘电阻值低于40 kΩ,漏电闭锁保护动作,使移动变电站低压侧馈电开关不能合闸。漏电闭锁保护只是监视在断电状态下,移动变电站低压侧线路和设备的绝缘水平状态,当移动变电站带电工作时,漏电闭锁保护退出工作。移动变电站在运行过程中,若低压供电线路和设备如电动机、启动器绝缘损坏,系统的整体绝缘电阻下降,以1 140 V 线路为例,当绝缘电阻值低于20 kΩ 时,漏电保护动作,使变电站低压侧开关及时跳闸[7-9],迅速断开故障线路和设备,防止事故的扩大,造成外露电火花,避免瓦斯爆炸恶性事故发生。
1.2 漏电保护电阻值的整定
矿井移动变电站低压侧漏电保护绝缘电阻值的大小,必须根据煤矿安全规程要求设定整定值。漏电保护的整定值见表1。

2 保护检测模块
2.1 漏电闭锁检测模块
漏电闭锁检测模块是在移动变电站没有送电的状态下进行绝缘检测,若PLC 检测到变电站低压侧绝缘电阻低,则系统软件会启动漏电闭锁程序,合闸程序不能执行,并显示绝缘电阻值和故障类型,只有当变电站低压则的故障排除,绝缘电阻达到正常值,系统复位后,合闸程序才能继续执行。保证只有在供电线路绝缘正常的情况下,移动变电站低压侧开关才能合闸。
2.2 合闸后保护检测模块
合闸后保护检测模块主要是在移动变电站送电的状态下进行绝缘电阻检测;同时采集变电站运行中电流、电压、温度、变电站两侧电流之差等信号。在移动变电站合闸后,保护监测模块对变电站低压侧绝缘电阻值进行实时监测;若PLC 检测到有漏电信号,系统输出跳闸信号后,移动变电站低压侧开关才能跳闸。当移动变电站低压供电系统发生不对称短路,如两相短路时,或者低压供电系统出现单相或两相断线时,采集负序信号判别故障类别。当变电站低压供电系统电压过高和过低时,采集电压信号。当移动变电站的变压器内部出现故障,采集变压器温度信号和差动电流信号。PLC 根据采集的不同信号,判别不同故障,系统会自动输出跳闸信号,移动变电站的低压开关断开,同时系统显示对应的故障类型和参数值。当变电站或者低压供电线路出现三相对称短路或过负荷时,采集电流信号。三相短路故障时,系统立即动作,使变电站低压开关迅速跳闸,并显示“系统短路”。过负荷保护的实现是采用反时限延时特性,若检测到过负荷信号,根据采样电流值的不同,启动相应的定时器,经过相应的时间延时,PLC输出动作信号,使变电站低压馈电开关跳闸[8-11]。
3 组态王界面显示
系统采用组态王作为移动变电站软件,安装在工控机上的组态王软件界面实现移动变电站低压侧的电压、电流、过载动作值、短路动作值等参数的显示,其参数显示画面见图2。组态王软件界面同时能够显示移动变电站低压侧合闸、分闸、电压转换等状态,其状态显示画面见图3。系统利用组态王软件在地面生产调度中心对井下移动变电站低压侧进行遥测、遥控。实现电动分闸、短路试验、过载试验等远程控制。移动变电站低压侧远程控制画面见图4。


4 结 论
本文详细介绍了移动变电站低压侧附加直流保护原理,合闸前、后故障检测监控的程序设计与实现。系统的软件设计过程中,总结了系统调试过程中所遇到的问题,并进行了相应的分析,并用组态软件做了监控画面。在移动变电站远程监控系统主画面中,可以通过按钮切换到移动变电站低压侧的参数、状态监视和远程操作画面中,实现移动变电站的实时监控。目前,这种移动变电站已在淮北矿业集团公司临涣煤矿、许疃煤矿井下供电系统安装调试,在试运行状况下,从未发生保护误动、迟动、拒动现象,提高了供电的安全性、可靠性,提高矿井的抗灾能力,降低瓦斯事故的发生,为煤矿的安全生产提供保障。
参考文献:
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