矿井井下高压防爆开关保护装置的改进研究

矿井井下高压防爆开关保护装置的改进研究 摘要：以触发煤矿井下高压防爆开关保护动作的电路突发状况为基础，结合保护装置的联锁启动机制，分析传统装置在使用过程中常见的几类问题；对于传统装置中的短时间断电和电压波动造成大面积停电问题，针对性地提出改进建议。改进后的高压防爆开关保护装置，解决了大面积停电问题，提高了井下供电的可靠性。关键词： 高压防爆开关;综合保护;单片机;系统设计引言：煤 矿井下 作 的环 境恶 劣，负荷波动大 ，工况 很不稳定 ，瓦斯煤尘积聚、滴水冒顶事故等会使电气设备绝缘强度逐渐降低；同时由于lJ作 人维 护不 当或操 作错误 、输电线路的导线断裂等原因 ，经常会出现漏电及单相接地故 障 。接地故 障若不及时排 除 ，电 网各相线会 运行在线电压 下 ，长期运行将导致绝缘击穿 ，甚至发生 二相或两相短路事故 。所以 ，为了避免事故的发生 ，保障人身安全 ，有效减小事故范 围，研究高性能的高压防爆 开关智能保护控制 系统具有重要现实意义和发展远景。正文：一、造成井下高压隔爆开关欠电压保护动作的原因电网中的高低压瞬时转换是开关欠压保护的主要原因。矿井供电系统的低压闪变通常是由以下原因引起的：第一，冲击负荷，即设备在启动的一瞬间，其瞬时功率会超过其额定功率，对电路造成很大冲击；第二，大电机直接启动也会对电路造成一定的影响；第三，供电系统发生短路，电路中的电流大幅度超过使用要求；第四，自然灾害。2. 发展现状目前我国煤炭开采技术正逐步向机械化、智能化方向发展，对煤矿井下各大系统的可靠性、安全性要求越来越高。采煤和掘进工作面作为井下耗电的主要场所，每天消耗电能可达到上百度甚至上千度，如此高的电能消耗，给供电系统造成很大的负担。高压数字综合保护器作为井下供电系统的关键设备，其智能化程度直接影响井下供电的安全和稳定。由于现有的高压数字综合保护器的智能化程度较低，对于井下供电网络中出现的各种因素未能达到预期的处理、保护作用，常常会导致工作面局部供电系统出现断电事故，不仅影响工作面正常生产，在一定程度上也对井下整个供电网络的监测与信息采集造成影响。随着微机保护技术和局域网络化技术的不断发展，创建煤矿井下供电网络自动智能化检测系统显得尤为重要，因此，迫切需要设计一种具有高传送速度、短传送距离、完善通讯功能的井下高压防爆开关综合保护器。三、 煤矿井下高压防爆开关控制器在设计上存的在问题3.1 短路问题时有发生从目前的矿井实际情况出发，不难发现，在矿井中高压防爆开关在短路保护设计方面仍然存在一定的欠缺。首先，在进行煤矿的开采过程中，输电线和输电线彼此间的距离过于太近，大体都是在几十米最远的距离也只有几百米而已，距离太近存在一定不可避免的危险性。其次，线路当中的下级末端的最小电流多普遍超过上一级的电流保护值，如此一来，就为线路跳闸的情况发生提供了可能，在供电过程中使得供电不稳定情况时有发生。最后，我们需要指出的煤矿高压线路在输配电环节中扮演者重要角色，然而煤矿管理者对安全管理的不够重视，使得人员在装置使用上缺乏专业知识，而且在过程中不根据实际的延长了短路保护距离，更有甚者，会随着自己的意愿对不同的截面电缆进行串联，从而造成了电缆的截面不够，而且装置在放置上存 在距离偏长的问题，这些都导致了在煤矿井下的短路情况的发生。3.2 漏电频发威胁人身安全矿井中供电距离越来越大，然而对于地电容电流而言电网也越来越大，基于此，就需要在原有的煤矿供电中对于供电方式进行相应调整。在运行方式的不断转变和调整下，传统的供电方式和当前的先进方式相比较，其缺点就凸显无疑。我们需要指出的是电器设备和电缆的原因，长期老化及潮湿的环境，导致电缆绝缘出现了老化情况，开关设备使用的年限太长，接线板也难免受潮，内部的导线和元件均发生了绝缘材料发生了变质有的甚至老化，这些都是造成漏电的原因。还有需要指出的是，在矿井中的安装人员在进行施工时也会发生施工不当引起的漏电情况，在接线中，施工者不慎将线路连接错误，也会导致漏电的繁盛，在连接设备和电缆的时候，接头的封堵不严还有压板不紧都会导致接头的松动，也会造成漏电危险情况的出现；最后，需要重视和明白的一点就是，在管理和电缆的悬挂方法不得当上错误 的拥铜丝或者铁丝进行悬挂，一定程度上违反了安全规定，时间稍长就会发生漏电行为。四、研究方案4 研究内容主要针对国内煤矿特殊供电方式下如何解决矿井越级跳闸问题；提出将地面变电所供电方式应用到井下，改造目前井下使用的防爆开关内部结构等，进 而消除煤矿供电系统越级跳闸现象，确保煤矿供电系 统安全、稳定、有序的运行。4 关键技术与难点）针对煤矿特殊的供电方式，应用高性能主机、 高速点对点光纤通讯技术、高精度同步采样技术（专 利技术），开发基于煤矿整个地面和井下供电系统数据共享的漏电保护软件、光纤纵差保护软件、母线差动保护软件。该方案为国内首创，处于国际领先 水平。）对井下高压防爆高开按光纤保护要求进行改 造，增加专用光纤熔接腔，并在改造后重新进行防爆性能鉴定。4 技术方案及可行性分析）配置基于全系统零序电流的漏电保护，杜绝 由于判断错误导致的越级跳闸。）在各条线路配置基本的线路保护：短路、过 载、漏电、低压、过压电缆绝缘监视等。）矿用智能保护器有就地保护功能，当矿用智 能保护器和保护主机的通讯完全中断时也能提供完 整的就地保护。）由于采用了运算速度很快的集中保护主机，而且使用专用的高速光纤网大大减小了通讯延时，确 保了保护的速动性。五、保护系统抗干扰设计在现场工程应用中，微机保护技术在井下供电系统中成为首选，其可靠性对供电系统的安全、稳定极为重要，但是根据现场试验结果表明，许多微电子技术在其电磁干扰方面有更明显的敏感性和脆弱性。井下供电系统采用的微机继电保护装置一般安装在电磁环境极为恶劣的变电站中和开关场，继电保护器会遭受更为强烈的电磁干扰。综上所述，提高微机继电保护装置的抗干扰性能具有重要的意义。 一般而言，来源于干扰源产生的干扰电磁信号 通过电磁通道直接作用于保护器内部较为敏感的电 路回路，进而影响微机保护装置正常工作。而干扰源的来源广泛，可能出现在微机保护装置的内部，如微机高频时钟控制信号对装置中的其它回路产生 的干扰信号；也有可能出现在微机保护装置外部，如保护屏上面的压板、连接片、切换开关及操作继 电器的触点。(1)硬件方面的抗干扰措施。接地处理， 保护装置外壳接地，设置保护装置内部数字、模 拟、功率、屏蔽等；屏蔽与隔离，装置外壳选用金属外壳或采用双层屏蔽措施；滤波和退耦，在 交流电路通道设置模拟低通滤波器，每个组件采用 退耦电路供电；保护装置应设置多个独立的供电电源；合理分配和布置插件。(2)软件方面的抗干扰措施。采集数据时 进行干扰辨识处理，通过采用参数估计法及其他方 法对系统采集的数据进行辨识，剔除干扰数据；数据处理过程反复性校核，一般采用功能顺序、出 口密码和复合校算等校核方法，对采集数据进行反 复校核，有效避免保护装置的误操作。六、总结对煤矿井下高压防爆开关控制器进行优化设计，需要对漏电和短路问题进行保护技术的新改革，从而阻断因为漏电及跳闸保护不准确 而带给采矿行业的不利影响。在先进科技的使用中，在对防爆开关控 制器的设计上进行优化革新，摆脱原有约束性因素的限制，同时也能 扩大其使用的范围度。使得煤矿井下的工作安全性和效率性得到大幅度提高，同时也为煤矿行业创造了更加丰厚的经济效益。参考文献：1 国家安全生产监督管理总局煤矿安全规程M北 京：煤炭工业出版社，20162 孙书鹰，陈志佳，寇超新一代嵌入式微处理器 sTM32F103开发与应用J微计算机应用，2010，31 (12)：59633孑L庆宇新型矿用高压漏电保护装置硬件设计J 煤矿安全，2015(5)：12卜1234 唐会祥高压防爆开关微机保护装置绝缘监视保护模 块的设计J煤矿机电，2016(4)：2730-全文完-