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安科瑞弧光保護(hù)裝置助力煤礦高壓開關(guān)柜的可靠供電

更新時(shí)間:2024-03-25      點(diǎn)擊次數(shù):319

 摘要

       在煤礦高壓開關(guān)柜運(yùn)行中,由于受到多種因素的干擾,中低壓母線發(fā)生故障的概率較高,在中低壓母線裝設(shè)中又沒有設(shè)置專門的保護(hù),所以開關(guān)柜電弧光短路等問題時(shí)有發(fā)生,對(duì)變壓器等設(shè)備造成一定的損害。鑒于此,對(duì)電弧光對(duì)開關(guān)柜和供電系統(tǒng)造成的損害進(jìn)行了分析,并對(duì)煤礦高壓開關(guān)柜電弧光保護(hù)裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:煤礦;高壓開關(guān)柜;電弧光保護(hù);保護(hù)措施

0引言

       高壓開關(guān)柜主要應(yīng)用于電網(wǎng)電站中,但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,高壓開關(guān)柜的應(yīng)用范圍得到了很大的拓展。在中國(guó)煤礦電網(wǎng)容量不斷,中低壓配電系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大的情形下,高壓開關(guān)柜在煤礦行業(yè)中得到了有效應(yīng)用。

由于中國(guó)煤礦電網(wǎng)容量的,中低壓配電系統(tǒng)規(guī)模也得到了一定的擴(kuò)大,但是由于中低壓母線操作頻繁,加上人為操作不當(dāng)?shù)囊蛩?,設(shè)備磨損嚴(yán)重,母線出現(xiàn)故障的概率比較大。另外,因?yàn)橐话悴粚?duì)中低壓的母線設(shè)置保護(hù)裝置,所以在切除故障電流上所用的時(shí)間較長(zhǎng),使得設(shè)備被損壞的程度較大,給煤礦企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此,一定要注意煤礦開關(guān)

柜中電弧光保護(hù)裝置的設(shè)置,以免影響母線的運(yùn)行,降低事故發(fā)生的概率。

1電弧光參數(shù)和危害

1.1電弧光的參數(shù)

       關(guān)于電弧光的參數(shù),可以從功率、溫度、電壓和光照強(qiáng)度幾個(gè)方面來分析。首先在功率上,電弧光在產(chǎn)生的過程中,其可以達(dá)到的大瞬時(shí)功率40MW。整個(gè)弧光生成中設(shè)備內(nèi)部的溫度可以達(dá)1×1042×104,而在產(chǎn)生和結(jié)束的瞬間,其溫度可以達(dá)4500。此外,弧光的大電壓可以達(dá)500V1000V,弧光的光照強(qiáng)度可達(dá)正常光照強(qiáng)度2000倍。

1.2電弧光產(chǎn)生的危害

      從電弧光的參數(shù)來看,其溫度、電壓和光照強(qiáng)度都超出正常范圍,尤其是在電弧光的溫度上,其溫度是太陽(yáng)溫度2倍,這么高的溫度會(huì)使得接線銅排、鋁排等融化損壞,引起電纜和電纜包覆層著火。同時(shí),過大的壓強(qiáng)可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備爆炸,從而產(chǎn)生大量有害氣體,威脅人體健康。另外,在壓力過大和溫度過高的環(huán)境下,事故頻發(fā),人員傷亡概率提升。在煤礦行業(yè),由于大部分作業(yè)是在井下環(huán)境中進(jìn)行,工作環(huán)境十分惡劣,溫度高且本身就有有害氣體的存在,如果由于電弧光溫度和電壓、功率導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障或者爆炸事故,便會(huì)提高作業(yè)的危險(xiǎn)性,使人員和設(shè)備材料受到損害,給煤礦企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

2電弧光保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀和常用的保護(hù)措施

2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

      關(guān)于設(shè)備內(nèi)部電弧光出現(xiàn)的故障問題,隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展,研究人員發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的原因除了有電磁效應(yīng)外,還有聲波、光熱效應(yīng)和壓力等的影響。所以近幾年來中國(guó)根據(jù)故障原因分析結(jié)果,研究開發(fā)了不同故障引起的電弧光檢測(cè)保護(hù)裝置,通過電弧光檢測(cè),有效解決了過去電弧光保護(hù)反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)的問題。電弧光保護(hù)裝置在煤礦行業(yè)高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用,主要是在開關(guān)柜不同的單元中設(shè)置壓力傳感器,這樣通過壓力檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的故障問題,然后使故障電流供電的斷路器跳閘,避免故障電流流通;有的是根據(jù)電弧

       光的溫度熱量效應(yīng),設(shè)置了符合電弧光特性和運(yùn)作機(jī)理的繼電器,像金屬絲電弧光繼電器,就被廣泛應(yīng)用到煤礦高壓開關(guān)柜中;有的是利用電弧光產(chǎn)生的電磁能量設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置,例如單向電流電弧保護(hù)裝置、電弧接地保護(hù)裝置等;有的則是利用電弧光的聲波、光照和壓力效應(yīng)以及電流組合來設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置,對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù);還有的通過對(duì)絕緣失效的早期信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并設(shè)置保護(hù)裝置,可以通過檢測(cè)高壓開關(guān)柜中臭氧的體積分?jǐn)?shù)來采取相應(yīng)的保護(hù)措施。在中國(guó)傳感器的研究開發(fā)上,針對(duì)電弧光參數(shù)和危害所形成的光纖傳感器是一種有效的保護(hù)裝置,該裝置具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、電絕緣性好和靈敏度高的特點(diǎn),對(duì)信號(hào)具有很強(qiáng)的敏感反應(yīng)能力和傳輸作用。尤其是在煤礦行業(yè),在中低壓環(huán)境中,受到外界復(fù)雜環(huán)境因素的影響,開關(guān)柜受到的電弧光電磁能量干擾很強(qiáng),而光纖傳感器則能憑借其抗電磁能力高和電絕緣性能好的優(yōu)點(diǎn)顯示出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),不僅可以對(duì)電弧光進(jìn)行有效檢測(cè),還可以對(duì)整個(gè)煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)起到有效的電弧光保護(hù)作用。

2.2中低壓母線常用的電弧光保護(hù)措施

       電弧光對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)造成的故障損害程度主要與故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)對(duì)故障的敏感性和反應(yīng)能力有關(guān)。也就是說,電弧光故障電流能否被及時(shí)切斷關(guān)系著電弧光引起的故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的損害程度。一般來說,只有總的切除時(shí)間85ms及以下時(shí)才能使設(shè)備不受到損害,而超過這一特定值就可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害,尤其當(dāng)整體切除時(shí)間超100ms之后,便會(huì)對(duì)設(shè)備造成很大程度的損壞。為了避免中低壓母線受到損害,進(jìn)而影響內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行,目前主要采取的保護(hù)措施如下:

a)設(shè)置電弧光變壓器后背過流保護(hù)措施,一般規(guī)定的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間1.2s1.4s

b)設(shè)置饋線速斷保護(hù)閉鎖的變壓器后背過流保護(hù)措施,該保護(hù)措施對(duì)電弧光故障電流的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間300ms400ms;

c)設(shè)置高阻抗保護(hù)措施,對(duì)故障電流的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間35ms60ms之間。從這些保護(hù)措施上來看,目前關(guān)于中低壓母線的電弧光保護(hù)還有很大的進(jìn)步優(yōu)化空間,因?yàn)榍皟煞N保護(hù)措施保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,也就是對(duì)故障電流的總切除時(shí)間肯定超過100ms,反應(yīng)保護(hù)時(shí)間太長(zhǎng),所起到的保護(hù)作用很??;后一種保護(hù)措施雖然反應(yīng)保護(hù)時(shí)間在規(guī)定的理想范圍之內(nèi),但是其保護(hù)范圍卻又受CT安裝位置的限制,所以不僅安裝不方便,而且在保護(hù)時(shí)并不能延展其保護(hù)范圍,材料成本比較高。

3電弧光保護(hù)裝置的實(shí)施方案和裝置的安裝

      在煤礦行業(yè)中,對(duì)于其開關(guān)柜中電弧光保護(hù)裝置的技術(shù)方案,需要結(jié)合不同煤礦的特點(diǎn),尤其是煤礦開關(guān)柜母線保護(hù)的現(xiàn)狀、各自母線故障發(fā)生的規(guī)律以及各個(gè)煤礦的負(fù)荷來制訂,使得電弧光保護(hù)裝置可以滿足煤礦配電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn),然后再進(jìn)行有效的計(jì)算分析。

      下面結(jié)A煤礦技術(shù)實(shí)施方案對(duì)電弧光保護(hù)裝置的實(shí)施進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。在該方案中,電弧光保護(hù)裝置安裝6kV進(jìn)線柜中,每一臺(tái)裝置采集所在進(jìn)線柜的三相電流和跳閘信號(hào),主要對(duì)進(jìn)線柜進(jìn)線開關(guān)和相鄰的母聯(lián)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集。同時(shí),電弧光光纖傳感器安裝在每一個(gè)開關(guān)柜的母線室壁上,目的是對(duì)母線系統(tǒng),包括主母線和各條分支母線進(jìn)行監(jiān)督控制,及時(shí)發(fā)現(xiàn)母線系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題并加以解決。此外,監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置主要利用的是以太網(wǎng)。在該技術(shù)方案中,電弧光保護(hù)裝置可完成信息的采集、計(jì)算和顯示、通訊以及跳閘、保護(hù)和異常信號(hào)檢測(cè)等,可以進(jìn)行靈活的插件選配,根據(jù)應(yīng)用需要形成電弧光保護(hù)系統(tǒng)。其中,光纖傳感器除了可以進(jìn)行電流信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸和采集之外,還可以作為光感應(yīng)元件,當(dāng)電弧光由于光照強(qiáng)度過大而出現(xiàn)故障時(shí)或者在檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)突然增強(qiáng)的光照時(shí),便能將模擬信號(hào)傳輸給電弧光保護(hù)裝置,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置設(shè)備的保護(hù)。

4安科ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

img1 

 

 

5安科ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù) 

1)*表示可選附件,需要另外增加費(fèi)1500元。

2)主控板和采集板數(shù)量之和不能大4

3)弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超20米。

4)如有特殊要求,請(qǐng)?zhí)貏e注明。

 img2

 

6安科ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

img3 

img4 

7結(jié)論

       綜上,對(duì)現(xiàn)有的電弧光保護(hù)措施進(jìn)行了分析研究,主要分析了其保護(hù)動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的保護(hù)措施一方面無法達(dá)到理想的動(dòng)作保護(hù)時(shí)間,另一方面在保護(hù)范圍上也受到多種因素的限制。然后在研究總結(jié)傳統(tǒng)過流型保護(hù)和差配合、弧光非電量型保護(hù)和差配合兩種保護(hù)措施的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)方案的實(shí)施可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的保護(hù),降低事故發(fā)生的概率,提高故障分析處理的能力。此外,在對(duì)電弧光保護(hù)裝置進(jìn)行選擇時(shí),還需要根據(jù)不同煤礦的特點(diǎn)來研究母線故障的變化規(guī)律,從而使得所設(shè)置的電弧光保護(hù)措施能更加符合煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際需要。

參考文獻(xiàn):

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