浅谈欠电压保护在煤矿中的应用

康　辉

摘要：由于煤矿生产的特殊性，供电中断不仅会影响正常生产，甚至可能发生人身事故或设备的重大损坏，严重时会危及矿井安全，所以保证矿井供电的安全可靠运行尤为重要。由于各种原因引起供电系统电源电压瞬时下降时，可能造成非故障线路开关的欠电压释放保护误动作。针对这种实际情况本文提出的改进措施，具有一定借鉴意义。

关键词：电源电压 瞬时下降 延时释放 整定原则

0 引言

《煤矿安全规程》规定，井下高压电动机、动力变压器的高压侧应有短路、过负荷和欠电压释放保护。这是保证矿井安全供电所必须的继电保护。欠电压释放是防止电动机同时起动所设置的继电保护，也可防止电机自启动而引起机械伤人事故。但在发生短路故障或系统电压瞬间降低或消失时，有可能使系统中母线电压降低到欠压释放保护动作值，造成非故障线路开关全部误动作。目前井下开关装设的欠电压释放保护装置均为速断元件，为此应使欠电压释放保护带有时限，以避免系统电压瞬间降低造成的误动作。矿井供电由地面变电站将35kV或以上的电网电压降至6kV(或10kV)后供给各高压用户，井下用电是由地面变电站用高压电缆经井筒送至井下中央变电所，然后再配给井下各高压负荷。随着矿井开采水平的不断延伸，供电距离越来越长，停电后影响范围大，恢复时间长。在井下特殊的工作环境下，电气设备和电缆极易受潮湿和砸压等，而使绝缘降低，损坏或造成电气设备短路事故。

1 改进措施

在欠电压释放保护装置上加装时限，必须考虑原有开关条件，尽可能做到投资少、便于安装、维护简单等。其主要方法有增加时间继电器法和电容器储能放电法。前者具有时限可调、精度高等优点，但必须有独立的操作电源，难度较大，现场不易实现；后者不需要独立的操作电源，安装简单，适合井下各种场合，缺点是时限不可调。当应用于固定场所时，这种方法完全能够满足矿井供电需要。下面主要讨论后一种方法。目前我国煤矿普遍采用GFW、KYGG、PB、BGP等型号的高压开关。其欠电压释放保护(原称无压释放保护)装置均采用交流电磁铁，由电压互感器二次侧提供100V交流电源，电磁铁得电吸合。当系统电压降低或消失后，电磁铁失电释放，操作机构动作，断路器跳闸。电磁铁吸合参数即为欠电压释放参数。欠压脱扣器线圈电压为额定电压的百分数，当≤35%时，脱扣器铁芯的工作状态可靠释放；当>65%，不得释放；当≥85%时，可靠吸合。增加时限后的欠电压释放保护动作特性，必须符合上述标准的规定。

1.1 改造方案 更换交流脱扣电磁铁为直流脱扣电磁铁；增加晶体二极管整流桥及电容器。

1.2 工作原理 正常情况下电压互感器二次侧输出交流电压经晶体二极管桥式整流，电容器储能，直流脱扣电磁铁得电吸合。当系统电压瞬时下降后，二极管截止，电容器与电磁铁线圈直流电阻组成一阶电路的零输入响应，电容器储存的电能向电磁铁线圈放电，电磁铁继续保持吸合状态。电容器两端电压随时间呈指数规律衰减。即Uc=Uoe-t/RC式中；式中：Uc-电容电压随时间t放电电压；Uo-电容初始充电电压值；R-电磁铁线圈直流电阻；C-电容器的电容量。当延时一段时间t后，系统电压仍未恢复，而电磁铁线圈两端电压降到动作值时电磁铁释放，断路器跳闸。由上式得出；当初始电压和电磁铁参数确定后，延时的时间取决于电容量的大小。

2 时限整定原则

定时限欠电压保护时限的整定原则应考虑以下几个方面：

2.1 电网电压瞬时降低后的恢复时间 由于短路故障造成的压降，欠电压保护的时限应大于切除短路电流时间。因为只有切除系统中的断路电流，电网电压才能恢复到正常值。矿井地面变电站6kV馈出线过电流整定时限一般为0.5~1s，而井下过电流全部是速断保护(即0s)，考虑到断路器固有分闸时间和灭弧时间等，因此欠电压保护时限应大于过电流时限一个时间阶段。

2.2 对电动机的影响 电源电压降低直接影响到电动机输出转矩和转速，实际上电压瞬时降低，电动机并未停转，只是转差率略有增大，欠电压保护增加时限后，电动机应在允许转差率范围内运行。据有关资料分析：①为了保证重要电动机自起动而需要切除的次要电动机，可装置0.5s时限的欠电压释放保护。②不允许或不需要自启动的电动机欠压释放保护时限为0.5~1.5s。③允许自启动的电动机为保证人身和设备安全，在电源电压长时间消失后须从电力系统中自动切除，可延时5~10s。④变压器高压侧开关的欠电压保护时限。

3 结束语

低压电动机的通断一般是由接触器进行操作，而接触器在电压降低到45%~55%时脱扣器动作，电动机必须重新操作起动，因此变压器高压侧的欠压保护增加时限是为了减少停电时间和高压操作。故而矿井6kV系统的欠电压保护时限整定为0.5~1.5s范围是比较合理的。