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    電弧光保護在煤礦開關柜中的應用

    更新時間:2024-03-15      點擊次數:509

    0 引言

    隨著國民經濟的不斷發(fā)展,我國煤礦的機械化程度不斷提高,所需用電量也在逐年增加,中低(35kV及以下電壓等)配電系統的在礦山生產系統中得到了廣泛的應用。配電系統中的中、低開關柜的數量越來越多,中低電壓等級的母線由于所處環(huán)境復雜,技術設備故障和人為因素等原因,易引發(fā)母線短路,存在很大的安全隱患。由于母線發(fā)生故障時,采用變壓器的后備保護來切除母線上的故障,無法在發(fā)生故障的時間解決,設備損壞幾率增加,嚴重時導致燒毀。據報道,我國供電系統中開關柜每年200多面被燒毀,而開關柜短路事故更是經常發(fā)生,有時甚至造成更大的電網事故,直接造成礦山機械設備的損失和經濟損失。因此,在應用供電系統時,如何在保證礦山生產效率的同時保證礦山設備及人員保護,是我們研究和攻克的難題。

    1弧光的參數及危害

    1.1弧光參數

    1)空氣弧光產生時的大的瞬時功率較大,可40MW;

    2)內部溫度較高,可升10000C以上;

    3)中壓范圍內弧光產生時和結束時的溫度可4500。C

    4)弧光的大電壓可500V1000V;

    5)弧光的光強超過正常的照明光2000倍。

    1.2弧光的危害

    弧光在毫秒時間級別發(fā)生消失,釋放的卻很驚人,對礦山機械設備和人身安全都有巨大的破壞]。

    1)電弧溫度驚人,可10000,超過一定溫度損害電網;

    2)電弧引起火災,燒毀電纜;

    3)穩(wěn)定過高導致開關柜內開關裝置爆炸,使其失i

    4)容易造成人員傷害,對人員臉部和皮膚形成性傷害;

    5)爆炸時產生的氣體,技術人員吸入會損傷其呼吸系統。

    2弧光保護技術的現狀和措施

    1995年,中國引進了套弧光保護裝置。近年來,人們注意到切除母線時產生的過流保護動作時間過長的問題,分析了電弧故障時產生的聲、光、熱和電磁等效應。采用理論與實際相結合的方法,分析電弧效應,開發(fā)研制出各種用來檢測電弧的保護裝置,并在礦山中得到了加速應用。如此,既對礦山人員起到了安全保護作用,也使得礦山的生產效率得到進一步提高。例如:有的利用電弧的熱效應,研制出能通過感應電弧的熱量而產生動作的采閥式電弧保護繼電器;有的利用電弧的電磁效應,通過電弧接地保護裝置及時切斷發(fā)生故障的開關裝置,以便及時的維修;有的檢測故障裝置中的臭氧濃度,保護報警裝置以便工作人員能在時間保證人員的安全,不至于給礦山企業(yè)帶來巨大的人員和經濟損失。隨著科技的發(fā)展,利用電弧的多種效應開發(fā)更具性和準確性的新型電弧保護裝置已成主流。

    現在,功能型感器和非功能型傳感器等新型傳感器在礦山供電系統中應用廣,這種新型傳感器不僅靈敏度和度較高,而且絕緣性能較好,具有抗電磁干擾。這兩者主要以其中的光纖所起的作用不同區(qū)分開來。前者的光纖對被測信號具有傳輸和的作用;后者僅起傳輸的作用。

    電弧故障的危害程度取決于電弧電流及切除時間,電弧產生的成指數規(guī)律快速上升。發(fā)生故障時,技術人員85ms內切除故障部分,才能保證相關設備免遭遇難,避免不必要的損失,一旦時間超100ms,相關設備則會遭到損害,嚴重時會對礦山企業(yè)造成不可挽回的損失。

    目前常用保護裝置:

    1)變壓器后備過流保護,但此方案的問題是快速性不過,不能達到開關柜內部電弧故障的保護。

    2)簡易母線保護方案,采用傳統方法識別故障,此方案目前應用為廣泛。

    3)電弧光母線保護方案,利用電弧的相關特性作為判別依據,可快速切除內部故障。

    4)其他母線保護方案。就投入成本及實施效果綜合對比,電弧光保護方案優(yōu)勢明顯,其使用比例在礦山配電系統中。

    3研究內容

    電弧光保護主要動作依據兩個不同因素:孤光及電流增量。通過研究傳統過流型保護、弧光非電量型保護和級差的配合,為弧光保護裝置的研究發(fā)現新的切入點,進而研究弧光保護裝置。

    其一,傳統過流型保護和級差配合。以阻抗接地系統分析即接地跳閘時間很短分析:采15ms30ms;接點閉5ms;整定延30ms~350ms;斷路器分50ms80ms;整體故障切除時間:出130ms+AR,進450ms,見1。其二,弧光非電量型保護和級差配合。以阻抗接地系統分析,弧光信1ms;過流判Ims;接點閉5ms;斷路器分50ITIS80ms;整體故障切除時間:出87ms,進87ms,見2。本文研究內容為:

    1)分析電弧對礦山造成的危害,研究電弧保護裝置的動作原理。

    2)根據不同礦山的實際生產狀況研究母線故障變化情況,研究開發(fā)符合當地礦山實際生產狀況的電弧保護裝置。

    3)在故障狀況下,分析各種電弧保護裝置的度和定位程度。

    4)分析電弧保護裝置的優(yōu)缺點并具體分析該裝置對礦山配電系統所產生的安全隱患。

    通過研究某礦的配電系統,得出了一套適合該礦山實際生產的電弧光保護裝置的技術設施方案,既能保證弧光保護裝置的利用大化,也能把對煤礦供電系統的沖擊破壞程度降到低,從而避免安全隱患,加強對維修人員的培訓,防止人為操作錯誤帶來不必要的損失,并為今后電弧保護裝置新的開發(fā)提供可靠依據。

    img1 

    4實施方案

    1)針對某礦實際生產狀況,采ARB5電弧光保護裝置就地安6kV進線柜,該裝置滿足數字化廠站需要,適應智能電網未來發(fā)展趨勢。

    2)ARB5弧光傳感器安裝在開關柜內,監(jiān)測各開關裝置的運行,若有開關出現異常狀況,立刻實施保護措施。

    3)采用以太網或串103送后臺監(jiān)控系統。

    4)具有友好的人機接口,調試維護方便。

    某煤礦使用的電弧光保護裝置為變電站、電廠、工業(yè)企業(yè)用戶等場合的中、低壓母線提供快速保護。當發(fā)生弧光短路時,被弧光傳感器覆蓋區(qū)域的弧光短路可被快速定位,電弧光保護系統快速動作,切斷故障電流,大限度降低電弧光對設備的損害以及人員傷害。電弧光保護裝置通過不同插件的組合,結合實際應用場所的供電系統,組建成符合實際需要的保護系統。電弧光保護裝置也可實現對電流信號的采集,進而完成對電弧光、短路器的保護CT斷線、傳感器異常、裝置硬板故障等的報警,測控以及信息保護功能。在發(fā)生故障時,能夠定位故障點,跳閘出口提供跳閘矩陣整定,跳開相關斷路器,實現分區(qū)域保護,大限度縮小事故停電范圍。具有強電磁兼容性,調試維護方便,具有友好的人機接口,方便的現場安裝測試功能。

    5配置方案

    電弧光保護裝置配置方案如1所示。

    img2 

    6安科ARB5-M弧光保護產品選型說明

    ARB5-弧光主控單元

    技術參數代碼

    代碼說明

    弧光主控板數

    0

    0塊主控板,可0塊采集板信號

    1

    1塊主控板,可6塊采集板信號

    2

    2塊主控板,可12塊采集板信號

    3

    3塊主控板,可18塊采集板信號

    4

    4塊主控板,可24塊采集板信號

    弧光采集板數

    0

    0塊采集板,可直接采0個弧光探頭信號

    1

    1塊采集板,可直接采5個弧光探頭信號

    2

    2塊采集板,可直接采10個弧光探頭信號

    3

    3塊采集板,可直接采15個弧光探頭信號

    4

    4塊采集板,可直接采20個弧光探頭信號

    電流輸入

    1

    1A

    5

     

    電源

    1

    裝置電源DC110V,開入電DC110V

    2

    裝置電源DC220V,開入電DC220V

    3

    裝置電源AC110V,開入電DC24V(裝置自帶)

    4

    裝置電源AC220V,開入電DC24V(裝置自帶)

    電源

    0

    不需要

    1

    MMS

    2

    MMS,GOOSE

    1)*表示可選附件,需要另外增加費1500元。

    2)主控板和采集板數量之和不能大4。

    3)弧光探頭到采集板的長度不能超20米。

    4)如有特殊要求,請?zhí)貏e注明。

    7安科ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

    型號

    主要功能

    技術參數

    img3ARB5-M弧光保護主控單元

    8組弧光保護

    可選4塊采集板,1塊采集板可采5路探頭,共支20路弧光探頭直接采集。

    亦可選4塊主控板(即可接4ARB5-E擴展單元1塊主控板可接6塊采集板的探頭,共支120路弧光探頭采集。

    4組失靈保護

    4組電流回TA監(jiān)測

    4組三相電流采集

    11路可編程跳閘出口

    非電量保護

    裝置故障告警

    2RS485

    2路以太網

    1路打印接口

    1IRIG-B碼對時接口

    IEC61850modbusRTU、modbusTCPIEC103

    GOOSE輸入輸出(選配)

    img4ARB5-E弧光保護擴展單元

    弧光信號采集

    可選6塊采集板,1塊采集板可采5路探頭,共支30路弧光探頭直接采集。

    模擬狀態(tài)傳輸

    需要配ARB5-M主控單元使用

    img5ARB5-S弧光探頭

    弧光信號監(jiān)測

    點式弧光傳感器,可安裝于

    母線室、電纜室或斷路器室。

    現場調試及工程服務費

     

    視項目情況核價

    8安科ARB5-M弧光保護產品現場安裝

    弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

    img6 

    img7img8 

    9結語

    1)電弧光保護系統的減少了礦山電網系統中的安全隱患,降低了因短路故障造成的設備損害和人員傷害,提高了礦山企業(yè)的經濟效益。

    2)能夠快速定位短路故障點,在短時間內快速切除故障,大限度縮小礦山停電范圍,保證供電系統的穩(wěn)定可靠運行,使礦山生產能夠正常有序進行。

    3)目前某礦存在大批設備老化現象,礦山開關柜也不例外,由于近些年礦山趨勢的低谷,使得資金以及技術更新都得不到支持,這種背景下,如果低價的國產電弧光保護裝置能夠及時開發(fā),既可保證礦山設備以及人員的安全性,又能夠合理控制礦山預算成本,在保證安全的基礎上實現具有高的經濟和社會效益。

    參考文獻:

    [1]王玉.煤礦高壓開關柜中電弧光保護裝置的研究.

    [2]魯普.智能變電站繼電保護裝置自動測試系統設計與實現研[J].通訊世界,2017(10)191192.

    [3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手2022.5(版.

     


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