煤矿供电变压器微机保护装置的应用分析

郭晓敏

（晋能控股煤业集团雁崖煤业公司， 山西 大同 037031）

引言

综合保护装置是煤矿供电设备例如变压器、高压开关、变电站等重要部分，它具有短路、缺相保护等优点，但是传统煤矿供电系统采用的是继电器保护装置。该装置虽然能够起到保护作用，但是长期供电期间受电磁干扰、振动影响，使该保护装置灵敏度降低，无法实现高压供电安全。雁崖煤业公司地面共有两台千伏变压器，主要用于井下采掘设备，由于原变压器保护装置安装时间长，且老化现象严重，在电磁及振动作用下，保护装置经常出现动作保护失效现象，不仅影响井下正常采掘施工，而且在短路情况容易引起变压器、变电站、供电线网烧毁事故，威胁供电安全。为了解决这一技术难题，雁崖矿供电科通过技术研究，对原变压器保护装置进行优化，采用了一套微机综合保护装置。

1 变压器微机保护装置结构

变压器微机保护装置的机箱采用超薄型全封闭设计，能够安装在各类柜体内，且内部主要由主板、集中控制器、接线端子、显示器、数据采集器、电压互感器、电源模块、断路器、电流互感器、电容、保险、二极管、电流变换器以及插件等部分组成[1-2]。

1）该保护装置的主板采用双控模式，通过液晶显示屏连接，可与远程通讯网口对接，主板的电源来自直流逆变开关，加装DPS 芯片。

2）该装置在使用时能够直观地将各类数据显示在液晶屏上，操作人员可以进入保护装置内部对设备的参数进行修正。

3）集中控制器是保护装置核心部件，它可以对设备的故障类型进行判断并对开关的电量进行计算。

4）插件主要包括人机对话插件、开出和开入插件、CPU 插件、电源及交流变换插件；其中人机对话插件能够将设备的各类运行状态通过指示灯显示，同时通过按键设定能够直观地对设备参数进行操作，使操作人员直观、详细地了解设备运行情况。由于CPU 插件具有结构简单、运算速度快、体积小的特点，表面使用贴装工艺，可以同时与保护装置内的监控微机及保护管理机直接通讯。

5）电流变换器能够将二次监测到的电流信号变为弱电信号，将强电与弱电分开，供其他插件使用。装置电源使用交流变换插件，能够输出两路5 V 电压及一路24 V 电压；一路5 V 电压用于通讯，一路5 V 电压用于数字器件，一路24 V 电压用于显示状态量[3]。

6）在断路器回路中安装防跳闭锁模块，使开关在分合闸时不会对回路的电流造成影响。使用时操作人员可以通过设备操作管理功能来控制断路器。该保护装置还安装了温度跳闸功能，设计人员通过设置变位来避免保护装置在生产时受到干扰，确保开关运行的准确性，消除了电磁干扰和开关接点抖动影响。

2 变压器微机保护装置工作原理

1）当变压器发生故障后，电压及电流的变化会被互感器及时捕捉，并将模拟量数据信号传入保护装置，保护装置经过A/D 转换后，根据保护装置设定的保护运算方式进行计算。例如保护装置运算的结果为存在故障，断路器会根据变压器的运行状态决定是否跳闸，同时将跳闸信号从输出端口输入到控制模块，最终实现开关在故障状态下切断电源的功能[4-5]。

2）变压器微机综合保护器能够实时监测变压器的运行状态，具有运算速度快、灵敏度高、内核结构高端的特点，同时安装最先进的信号处理器，能够实现人机交换、通讯、监测、保护、设定及操控功能，模块化设计简化了变压器电路系统结构，方便检修人员后期的维护。

3）该装置具有较好的稳定性与准确性，可同时与多台设备相连在同一总线上。该保护装置采用全封闭设计，能够确保变压器在复杂环境中保持较好的工作状态，同时保护装置还有自我保护功能，防止检修人员错误接线或非正常操作对设备造成损伤；此外保护装置还具有自我检查功能，一旦监测到设备存在异常时，会及时报警。

3 变压器微机保护装置主要功能

该套保护装置能够精准监测各类电流信号，同时还能实现对事故时间的记录、对事件的上传、对时间的调校、对监测数据的上传。此外保护装置还具有以下主要功能：

1）零序电流保护功能。该功能是对内部元件及接地故障的后备保护，该保护主要由零序功率及零序过流元件组成。其中零序功率元件可以通过软件设定为指向母线或变压器，也可以通过设定实现保护投、退动作。

2）变压器高压侧电流不平衡的动作保护功能。该动作保护功能可实时监测系统的三相电流，并通过计算得出实际不平衡电流大于整定电流后，保护装置发出跳闸信号，使保护装置动作。通常延时保护整定不得小于0.2 s，可防止变压器在未接入任何负荷时三相电流不平衡造成保护装置误动作。

3）过流保护功能。当变压器负荷侧电流异常后，为了避免低压测的异常电流对变压器及电网稳定性造成影响，将保护装置安装在变压器的低压侧，能够及时将负荷侧的电流切断来保护变压器。

4）限时速断保护功能。速断保护装置通常安装在变压器的低压侧，在母线端及近端发生故障后，例如断路器拒动作，安装速动保护能够有效防止复压闭锁过流保护时限偏长对变压器造成损害，及时将本侧断路器切断。

5）差动保护功能。差动保护是变压器最主要的保护，可在变压器发生匝间层间短路、高压侧接地短路、内部相间短路时及时监测。变压器主保护由差流速断、比率差动、差流越线告警组成。

4 结语

1）该保护装置通过网络与计算机相连，方便管理人员、操作人员及时了解供电系统状态，同时在保护装置的控制下对井下供电负荷自动合理分配，降低了供电值班人员劳动强度。

2）该保护装置能够及时发现故障并切断电源，有效避免电网波动并及时监测到异常电流信号现象，全面提高矿井供电安全稳定性，防止对其他供电负荷造成影响。同时能够准确地对各路负荷的运行状态及数据进行监控，合理调整变压器负荷，使变压器的运行更为经济。

3）该保护装置能够对各类供电负荷进行自动化、合理化、微机化、信息化监测，与科学技术水平不断提高的智能化矿井发展相适应。