摘要:在煤矿井下,接地电弧能引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。因此,当电气设备有故障或不正常运行时必须及时消除。为保证安全可靠地供电,供电系统的主要电气设备及线路都要装设继电保护装置。文章首先阐述了煤矿供电系统中继电保护的基本原理,其次,分析了煤矿供电系统中的继电保护的作用和对煤矿供电系统中的继电保护装置的基本要求,并就煤矿供电系统中的继电保护的未来发展提出了自己的看法和建议。
关键词:煤矿;供电系统;继电保护
中图分类号:TD611.5文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)14-0127-01
在煤矿井下,接地电弧能引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。因此,当电气设备有故障或不正常运行时必须及时消除。为了保证安全可靠地供电,供电系统的主要电气设备及线路都要装设继电保护装置。
1煤矿供电系统中继电保护的基本原理
根据煤矿继电保护的任务和要求,煤矿供电系统中继电保护的基本原理是利用煤矿供电系统正常运行与发生故障或不正常运行状态时,各种物理量的差别来判断故障或异常,并通过断路器将故障切除或者发出告警信号。
煤矿供电系统发生故障时,通常有电流增大、电压降低、电压与电流的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此,根据发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别,可构成不同原理的继电保护装置。例如,反应故障时电流增大构成电流保护;反应电压降低构成低电压保护;反应电压与电流比值的变化构成距离保护;反应电流与电压之间相角的变化构成方向保护。此外还有,根据故障时被保护设备两端电流相位和功率方向的差别,构成差动保护;根据不对称短路故障出现的相序分量,可构成灵敏的负序和零序保护;根据故障瞬间的特征量构成瞬态保护等。
除了反应各种电气量的保护外,还有反应非电气量的保护,如反应非电气量的电力变压器瓦斯保护、温度(过热)保护等。
2煤矿供电系统中的继电保护的作用
煤矿供电系统在运行中可能会出现一些故障和不正常运行状态。常见的主要故障是相间和接地短路,变压器、电动机和电力电容器可能发生的匝间或层间局部短路等。不正常远行状态主要有过负荷、——相断线、一相投地及漏电等。
短路故障往往造成严重后果,并伴随强烈的电弧、发热和电动力,使回路内的电气设备遭受损坏。长期过负荷将使设备绝缘老化,一相断线易引起电动机过负荷。对于中性点不接地系统,一相接地可能形成电弧接地过电压,并使其它两相对地电压升高到1.71倍相电压,两种过电压都可能引起相问短路。在煤矿井
下,接地电弧能引起火灾或瓦斯煤尘爆炸。因此当出现故障或不正常运行状态时,必须及时排除。其办法就是在供电系统的主要电气设备及线路上装设继电保护装置。
继电保护装置的任务是:①当被保护设备或线路发生故障时,保护装置迅速动作,有选择地将故障部分断开,防止事故扩大;②当设备出现不正常运行状态时,保护装置发出信号,以便及时采取措施,防止事故发生。
在供电系统中,为了提高可靠性,除了装设继电保护装置外,还设有各种自动装置,如自动重合闸、备用电源自投装置等。
3对煤矿供电系统中的继电保护装置的基本要求
为了使继电保护装置能准确及时地完成上述保护任务,应满足以下4个基本要求。
①选择性。当系统发生故障时,继电保护装置应使离故障点电气距离最近的断路器首先跳闸,使停电范围尽量缩小,从而保证非故障部分继续运行。
②决速性。快速切除故障可以减轻故障的危害程度,加速系统电压的恢复,为电动机自起动创造条件等。切除故障的时间包括继电保护的动作时间和断路器跳闸时间。
③灵敏性。为了使保护装置能可靠地起到保护作用,故障参数(如电流、电压等)的计算值应根据供电系统实际可能的最不利运行方式和故障类型来计算,通常对主要保护的灵敏系数要求不小于1.5～2。
④可靠性。在保护范围内发生故障时,保护装置正确动作动,不应误动。
以上4项是对继电保护的基本技术要求,是选择设计继电保护的依据。根据以上分析可知,4个基本要求是相互联系而有时又相互矛盾的。
4煤矿供电系统中的继电保护的未来发展
煤矿供电系统中的继电保护技术未来趋势是向计算机化,网络化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
①计算机化。随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段:从8位单CPU结构的微机保护问世,不到5年时间就发展到多CPU结构,后又发展到总线不出模块的大模块结构,性能大大提高,得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU,发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。
②网络化。计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱,使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。到目前为止,除了差动保护和纵联保护外,所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件,缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。对于一般的非系统保护,实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多,则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间,也取得了一定的成果,但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应,必须获得更多的系统运行和故障信息,只有实现保护的计算机网络化,才能做到这一点。对于某些保护装置实现计算机联网,也能提高保护的可靠性。由上述可知,微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性,这是微机保护发展的必然趋势。
③保护、控制、测量、数据通信一体化。在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下,保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机,是整个煤矿供电系统计算机网络上的一个智能终端。目前,为了测量、保护和控制的需要,室外变电站的所有设备,如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。
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