煤矿供电系统中继电保护技术及其应用

摘要：继电保护装置是指能反映煤矿供电系统中电气设备或线路发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。本文主要探讨煤矿供电系统中继电保护技术及其应用。

关键词：煤矿 供电系统 继电保护

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0121-01

煤矿供电线路常见的故障，对架空线来说，有断线、碰线、绝缘子被击穿、相间飞弧、短路及杆塔倒塌等；对电缆来说，因其直接埋地或敷设在混凝土管、隧道内等，受外界因素影响较小，除本身绝缘老化的原因外，只有某些特殊情况下如地基下沉等，才会使相间或相地之间绝缘击穿或断裂，电缆接头连接不良或由于污秽而产生故障占其全部故障的70%以上。

1 继电保护的任务和基本要求

1.1 继电保护的任务

（1）监视电力系统的正常运行，当被保护的电力系统发生故障时，继电保护装置迅速准确地给距离故障点最近的断路器发出跳闸命令，使故障线路及时从电力系统中断开，最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏。（2）反映电力系统的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，提示值班员迅速采取措施，使之尽快恢复正常，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。（3）实现电力系统的自动化和远程操作，以及工业生产的自动控制。

1.2 继电保护装置的基本要求

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。（1）动作选择性指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由上一级相邻的设备保护、线路保护或断路器失灵保护来切除故障。（2）动作速动性指保护装置应尽快切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用设备自动投入的效果。（3）动作灵敏性指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反映能力。满足灵敏性要求的保护装置应在保护区内发生故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏正确地反映出来。

2 煤矿供电系统中继电保护技术

供电系统发生短路时，其重要的特征是电流突然增大和电压下降。过电流保护就是利用电流增大的特点构成的保护装置。过电流保护一般分为定时限过电流保护、反时限过电流保护、无时限的电流速断保护和有时限电流速断保护。

2.1 过电流保护装置的工作原理。

定时限过电流是电流继电器本身的动作时限是固定的，与通过它的电流大小无关。TA为电流互感器；1KA、2KA为电磁式电流继电器，作为过电流保护的启动元件；KT为时间继电器；KS为信号继电器；KM为中间继电器，作为保护的执行元件；YR为断路器的跳闸线圈；QF，为断路器操作机构控制的辅助常开接点。本保护采用不完全星形接线方式。

正常运行时，线路中流过工作电流小于继电器的动作电流，继电器不能动作，1KA、2KA、KT、KS的触点都是断开的。当保护范围内发生短路故障时，流过线路的电流增加，当电流达到电流继电器的整定值时，电流继电器动作，闭合其常开触点，使时间继电器KT线圈有电，经过一定延时，KT触点闭合，接通信号继电器KS线圈回路，KS触点闭合，接通灯光、音响信号回路。

可见，保护的动作时限从线路的末端到电源是逐级增加的，越接近电源，动作时限越长。这种确定保护动作时限的方法称为时限的阶梯原则。相邻两保护间的时限级差取决于断路器的跳闸时间和时限元件的动作误差，再考虑一定的裕量时间，一般定时限过电流保护的时限级差取At=0.5～0.7s，反时限过电流保护的时限级差取At=0.7～95s。定时限过电流保护装置的动作时限是由时间继电器的整定值决定的，只要通过电流继电器的电流大于其动作电流，保护装置就会启动，而其动作时限的长短与短路电流的大小无关。所以把具有这种时限特性的过电流保护称为定时限过电流保护。

2.2 电流速断保护

从上述过流保护可看出，为了保证动作的选择性，前一级保护的动作时限要比后一级保护的动作时限延长一个时限阶段扯。这样，越靠近电源的线路，保护装置的动作时限越长，而越靠近电源短路时的短路电流越大，因此短路的危害就更加严重。所以一般要求过电流保护装置的动作时限如果超过1s，还须装设电流速断保护。

浅井供电主要有以下3种方式：（1）井底车场及其附近巷道的低压用电设备，可由设在地面变电所的变压器降压后，用低压电缆通过井筒送到井底车场配电所，再由井底车场配电所将低压电能送至各低压用电设备。（2）采区负荷不大且无高压用电设备时，由地面变电所用高压架空线路将电能送到设在采区上方地面上的变电室，然后把电压降为380V或660V后，用低压电缆经钻孔送到井下采区配电所，由采区配电所再送给工作面配电点和低压用电设备。（3）采区负荷较大或有高压用电设备时，用高压电缆经钻孔将高压电能送到井下采区变电所，降压后向采区低压负荷供电。

浅井供电系统，可节省井下昂贵的高压电气设备和高压电缆，减少井下变电硐室的开拓量，所以比较经济、安全。其不足之处是设于采区地面上的电气设备安装、运输、维护、检修不够方便；采用低压时，供电范围小，可供给的负荷小。矿井供电究竟采用哪种方式，应根据矿井的具体情况确定。低压供电距离长时，线路末端电压偏低而影响起动，有的矿井在地面增设了升压变压器，升压后再往井下供电，虽然能起一定作用。

3 结语

总之，在煤矿电力系统中，当电网对地绝缘电阻降低到一定程度时，流入大地的电流也将增大，说明系统发生了漏电故障，流人大地的电流称为漏电电流。在电网发生漏电故障时，必须采取有效保护措施，否则会导致人身触电、雷电管提前引爆、接地点漏电火花引起爆炸等，而且漏电电流的长期存在，会使绝缘水平进一步损坏，严重时会烧毁电气设备、引起火灾，还可能引发更严重的相间接地短路故障。所以必须在电网中安装漏电保护装置。

参考文献

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