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淺析電弧光保護在煤礦開關(guān)柜中的應(yīng)用

發(fā)布時間: 2024-03-20  點擊次數(shù): 254次

安科瑞 耿敏花

  摘要:電弧光保護系統(tǒng)能夠地減少礦山電網(wǎng)系統(tǒng)中的安全隱患。結(jié)合某礦實際,使用電弧光保護裝置ARB5,該裝置采用光纖傳感器作為電弧光探測單元,弧光傳感器與保護裝置間采用模擬光信號傳輸將光信號轉(zhuǎn)化為障點,在短時間內(nèi)快速切除故障,大限度縮小弧光保護系統(tǒng)不僅對高壓開關(guān)柜起到了保護作用經(jīng)濟效益。

  關(guān)鍵詞:弧光保護;光纖傳感器;高壓開關(guān)柜

  0 引言

  隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,我國煤礦的機械化程度不斷提高,所需用電量也在逐年增加,中低壓(35kV及以下電壓等級)配電系統(tǒng)的在礦山生產(chǎn)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。配電系統(tǒng)中的中、低開關(guān)柜的數(shù)量越來越多,中低電壓等級的母線由于所處環(huán)境復(fù)雜,技術(shù)設(shè)備故障和人為因素等原因,易引發(fā)母線短路,存在很大的安全隱患。由于母線發(fā)生故障時,采用變壓器的后備保護來切除母線上的故障,無法在發(fā)生故障的時間解決,設(shè)備損壞幾率增加,嚴重時導(dǎo)致燒毀。據(jù)報道,我國供電系統(tǒng)中開關(guān)柜每年有200多面被燒毀,而開關(guān)柜短路事故更是經(jīng)常發(fā)生,有時甚至造成更大的電網(wǎng)事故,直接造成礦山機械設(shè)備的損失和經(jīng)濟損失。因此,在應(yīng)用供電系統(tǒng)時,如何在保證礦山生產(chǎn)效率的同時保證礦山設(shè)備及人員保護,是我們研究和攻克的難題。

  1弧光的參數(shù)及危害

  1.1弧光參數(shù)

  1)空氣弧光產(chǎn)生時的大的瞬時功率較大,可達40MW;

  2)內(nèi)部溫度較高,可升至10000。C以上;

  3)中壓范圍內(nèi)弧光產(chǎn)生時和結(jié)束時的溫度可達4500。C:

  4)弧光的大電壓可達500V~1000V;

  5)弧光的光強超過正常的照明光強2000倍。

  1.2弧光的危害

  弧光在毫秒時間級別發(fā)生消失,釋放的卻很驚人,對礦山機械設(shè)備和人身安全都有巨大的破壞性]。

  1)電弧溫度驚人,可達10000℃,超過一定溫度損害電網(wǎng);

  2)電弧引起火災(zāi),燒毀電纜;

  3)穩(wěn)定過高導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)裝置爆炸,使其失效i

  4)容易造成人員傷害,對人員臉部和皮膚形成性傷害;

  5)爆炸時產(chǎn)生的氣體,技術(shù)人員吸入會損傷其呼吸系統(tǒng)。

  2弧光保護技術(shù)的現(xiàn)狀和措施

  1995年,中國引進了套弧光保護裝置。近年來,人們注意到切除母線時產(chǎn)生的過流保護動作時間過長的問題,分析了電弧故障時產(chǎn)生的聲、光、熱和電磁等效應(yīng)。采用理論與實際相結(jié)合的方法,分析電弧效應(yīng),開發(fā)研制出各種用來檢測電弧的保護裝置,并在礦山中得到了加速應(yīng)用。如此,既對礦山人員起到了安全保護作用,也使得礦山的生產(chǎn)效率得到進一步提高。例如:有的利用電弧的熱效應(yīng),研制出能通過感應(yīng)電弧的熱量而產(chǎn)生動作的采閥式電弧保護繼電器;有的利用電弧的電磁效應(yīng),通過電弧接地保護裝置及時切斷發(fā)生故障的開關(guān)裝置,以便及時的維修;有的檢測故障裝置中的臭氧濃度,保護報警裝置以便工作人員能在時間保證人員的安全,不至于給礦山企業(yè)帶來巨大的人員和經(jīng)濟損失。隨著科技的發(fā)展,利用電弧的多種效應(yīng)開發(fā)更具性和準確性的新型電弧保護裝置已成主流。

  現(xiàn)在,功能型感器和非功能型傳感器等新型傳感器在礦山供電系統(tǒng)中應(yīng)用廣,這種新型傳感器不僅靈敏度和度較高,而且絕緣性能較好,具有抗電磁干擾。這兩者主要以其中的光纖所起的作用不同區(qū)分開來。前者的光纖對被測信號具有傳輸和的作用;后者僅起傳輸?shù)淖饔谩9饫w傳感器在電力系統(tǒng)的電弧光保護中起到了重要的作用,它在強電磁干擾和高電壓的環(huán)境里,能顯示出能力。

  電弧故障的危害程度取決于電弧電流及切除時間,電弧產(chǎn)生的成指數(shù)規(guī)律快速上升。發(fā)生故障時,技術(shù)人員在85ms內(nèi)切除故障部分,才能保證相關(guān)設(shè)備免遭遇難,避免不必要的損失,一旦時間超過100ms,相關(guān)設(shè)備則會遭到損害,嚴重時會對礦山企業(yè)造成不可挽回的損失。

  目前常用保護裝置:

  1)變壓器后備過流保護,但此方案的問題是快速性不過,不能達到開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的保護。

  2)簡易母線保護方案,采用傳統(tǒng)方法識別故障,此方案目前應(yīng)用為廣泛。

  3)電弧光母線保護方案,利用電弧的相關(guān)特性作為判別依據(jù),可快速切除內(nèi)部故障。

  4)其他母線保護方案。就投入成本及實施效果綜合對比,電弧光保護方案優(yōu)勢明顯,其使用比例在礦山配電系統(tǒng)中。

  3研究內(nèi)容

  電弧光保護主要動作依據(jù)兩個不同因素:孤光及電流增量。通過研究傳統(tǒng)過流型保護、弧光非電量型保護和級差的配合,為弧光保護裝置的研究發(fā)現(xiàn)新的切入點,進而研究弧光保護裝置。

  其一,傳統(tǒng)過流型保護和級差配合。以阻抗接地系統(tǒng)分析即接地跳閘時間很短分析:采樣15ms~30ms;接點閉合5ms;整定延時30ms~350ms;斷路器分閘50ms~80ms;整體故障切除時間:出線130ms+AR,進線450ms,見圖1。其二,弧光非電量型保護和級差配合。以阻抗接地系統(tǒng)分析,弧光信息1ms;過流判據(jù)Ims;接點閉合5ms;斷路器分閘50ITIS~80ms;整體故障切除時間:出線87ms,進線87ms,見圖2。本文研究內(nèi)容為:

  1)分析電弧對礦山造成的危害,研究電弧保護裝置的動作原理。

  2)根據(jù)不同礦山的實際生產(chǎn)狀況研究母線故障變化情況,研究開發(fā)符合當(dāng)?shù)氐V山實際生產(chǎn)狀況的電弧保護裝置。

  3)在故障狀況下,分析各種電弧保護裝置的度和定位程度。

  4)分析電弧保護裝置的優(yōu)缺點并具體分析該裝置對礦山配電系統(tǒng)所產(chǎn)生的安全隱患。

  通過研究某礦的配電系統(tǒng),得出了一套適合該礦山實際生產(chǎn)的電弧光保護裝置的技術(shù)設(shè)施方案,既能保證弧光保護裝置的利用大化,也能把對煤礦供電系統(tǒng)的沖擊破壞程度降到低,從而避免安全隱患,加強對維修人員的培訓(xùn),防止人為操作錯誤帶來不必要的損失,并為今后電弧保護裝置新的開發(fā)提供可靠依據(jù)。

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  4實施方案

  1)針對某礦實際生產(chǎn)狀況,采用ARB5電弧光保護裝置就地安裝6kV進線柜,該裝置滿足數(shù)字化廠站需要,適應(yīng)智能電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢。

  2)ARB5弧光傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi),監(jiān)測各開關(guān)裝置的運行,若有開關(guān)出現(xiàn)異常狀況,立刻實施保護措施。

  3)采用以太網(wǎng)或串口103送后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

  4)具有友好的人機接口,調(diào)試維護方便。

  某煤礦使用的電弧光保護裝置為變電站、電廠、工業(yè)企業(yè)用戶等場合的中、低壓母線提供快速保護。當(dāng)發(fā)生弧光短路時,被弧光傳感器覆蓋區(qū)域的弧光短路可被快速定位,電弧光保護系統(tǒng)快速動作,切斷故障電流,大限度降低電弧光對設(shè)備的損害以及人員傷害。電弧光保護裝置通過不同插件的組合,結(jié)合實際應(yīng)用場所的供電系統(tǒng),組建成符合實際需要的保護系統(tǒng)。電弧光保護裝置也可實現(xiàn)對電流信號的采集,進而完成對電弧光、短路器的保護,CT斷線、傳感器異常、裝置硬板故障等的報警,測控以及信息保護功能。在發(fā)生故障時,能夠定位故障點,跳閘出口提供跳閘矩陣整定,跳開相關(guān)斷路器,實現(xiàn)分區(qū)域保護,大限度縮小事故停電范圍。具有強電磁兼容性,調(diào)試維護方便,具有友好的人機接口,方便的現(xiàn)場安裝測試功能。

  5配置方案

  電弧光保護裝置配置方案如表1所示。

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  6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

  ARB5-弧光主控單元

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 ?。?)*表示可選附件,需要另外增加費用1500元。

 ?。?)主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

 ?。?)弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

 ?。?)如有特殊要求,請?zhí)貏e注明。

  7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

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  8安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

  弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

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  9結(jié)語

  1)電弧光保護系統(tǒng)的減少了礦山電網(wǎng)系統(tǒng)中的安全隱患,降低了因短路故障造成的設(shè)備損害和人員傷害,提高了礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益。

  2)能夠快速定位短路故障點,在短時間內(nèi)快速切除故障,大限度縮小礦山停電范圍,保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行,使礦山生產(chǎn)能夠正常有序進行。

  3)目前某礦存在大批設(shè)備老化現(xiàn)象,礦山開關(guān)柜也不例外,由于近些年礦山趨勢的低谷,使得資金以及技術(shù)更新都得不到支持,這種背景下,如果低價的國產(chǎn)電弧光保護裝置能夠及時開發(fā),既可保證礦山設(shè)備以及人員的安全性,又能夠合理控制礦山預(yù)算成本,在保證安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)具有高的經(jīng)濟和社會效益。

  參考文獻:

  [1]王玉晴.煤礦高壓開關(guān)柜中電弧光保護裝置的研究.

  [2]魯普天.智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究[J].通訊世界,2017(10):191192.

  [3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5(版).


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