试论煤矿高压供电设备电气保护的发展

关键词:煤矿高压供电设备电气保护高压防爆智能控制

一、引言

煤矿井下工作的环境恶劣，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;同时由于工作人员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，甚至发生三相或两相短路事故[1]。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。

二、煤矿高压供电设备电气保护的发展与应用

目前煤矿供电设备有矿用一般型高压开关柜、高压防爆配电装置、移动变电站(或矿用变压器)、馈电开关及磁力启动器等，其电气保护装置的类型繁杂多样，功能品质不一而足。高压设备主要是高压开关柜与高压防爆配电装置。其中矿用一般型高压开关柜大多应用于矿井地面变电所及低瓦斯矿井的井底车场，总进风巷和主要进风巷，其通用的继电保护装置一般均以电磁感应式为主，用以实现反时限的过载、定时限的过流、瞬动短路、失压(或欠压)及漏电(也称接地)保护等功能。因其结构简单，工作可靠，现场具备一定的维护水平[2]。

随着PBG系列和BGP系列开关的大量应用，逐渐过渡到真空断路器阶段。高压保护装置伴随着高压开关的发展也经历了从过流继电器和高压熔断器到模拟为主模数结合保护再到智能综合保护三个阶段。前两个阶段的保护器参数的分散性大，易受环境的干扰，可靠性较差，优点是结构简单，成本低，因此得到了较为广泛的应用。智能保护器能够把多项保护功能通过MCU进行处理，使得保护功能增加，而同时成本不会增加太多，因此具有很强的发展空间。近几年来推广的高压防爆真空断路器、综合保护器(或电子继电保护单元)及电能计量装置等，具有漏电监视、过流、失压及过压等保护功能，可显示电压、电流和故障类型等。真空断路器既能电动合、分闸，又能手动合、分闸。

目前市场上以北京顺城电子技术公司的GSZJ-H5_A型系列高压开关数码综合保护监控器为主，采用了先进的微机技术，依据煤矿井下特殊环境而专门设计，是10KV、6KV和3.3KV各型变压器中性点不接地供、变电系统中电力开关专用高级多功能综合保护装置。该保护器可以安装在PBG系列及BGP系列等矿用防爆型高压开关内使用，可以替代各种模拟综保，实现老开关的改造更新，它不但拥有国内所有模拟综合保护器具有的全部功能，而且还具有遥测、遥信、遥控、摇调等四遥功能。此外，还有湘潭华宇电子电器厂开发的ZLZB-5X系列为电脑智能综合保护装置，各种保护、显示及控制功能与顺城电子的GSZJ-H5_A型综保大致相同。

然而目前这些智能高压综合保护器都以单一的51单片机进行保护控制，由于51单片机片内资源有限，这样必然会造成对系统功能扩展的局限。另外，8位的51单片机数据处理速度只能使综保的各种保护动作时间在国标允许的上限范围徘徊，例如，以顺城电子的GSZJ-H5_A型综保为例，实测短路动作时间在80~100ms之间，接近JB8739-1998规定的短路动作时间<100ms，这是智能保护器的一个瓶颈。由于智能保护器要处理的是波形畸变比较严重的50HZ信号，因此从出现故障到开关跳闸所用时间较长，而且系统功能越多所用时间越长。

随着电力系统的发展和对其安全运行要求的不断提高，除了要增强煤矿井下高压电网继电保护的快速响应性之外，数据通讯是矿用智能保护控制系统功能扩展的另一焦点。近几年，国家不断地加大对井下作业的要求力度，全国各大煤矿已经开始筹备井下各种高低压电器的通信设施建设工作，从磁力启动器到馈电开关再到高压防爆开关，逐级向上通讯数据。以四川攀煤集团为例，通过天津天矿电器设备有限公司与重庆煤科院合作，完成了将馈电开关与井上总站的数据通讯。所以，研究井下现场总线通讯技术将会成为未来的一个发展趋势，为此保护控制系统也要具备总线接口，需要进行功能扩展。

文章来源：《电力系统保护与控制》 网址: http://www.dlxtbhykzzz.cn/zonghexinwen/2020/0812/444.html