井下127V远距离照明综合保护装置.pdf

第2 2 卷第9 期 煤炭科学 技术 1 9 9 4 年9 月 f≮ 井下1 2 7 V 远距离奠 明侏合 保护 装置 焦作矿 业学院邹有 明 曾安国 ． 山 西 王 庄 煤 矿 苎 兰 至 王 雁 欣 r 6 1 ／ k 摘要舟绍新研制成功的远距离照明综合保护装置，利用终端元件反应末端 电压 的变化 、首 端间接取 样 的保护方 法，得保 护距 离增加到2 0 0 0 m 以上 。 关 量词 上 芝 绁 一 ，号 流 样 供 电 距 离 末 端 电 压 兰 。 电 ， ， ‘ J ． 童、 0 0 ’’ ， ’ - ‘ 现 状 囊 问 曩 辜 蓍 名 井下1 2 7 V照明网络综合保护装置 以 号打点不能顾及全线， 易造成人身安全事故。 下简称 “ 照明综保” 的突出问题是保护距离 以上两项 措麓 ，当运输巷 长达 1 5 0 0 m 甚至 短， 特别是对短路故障， 越远则灵敏度越低 ， 2 0 0 0 m 时， 就无能为力。 因此 ， 现场急需设在 实际上可靠保护距离 当供电变压器容量为 胶带机头 有人值班的远距离照明综合保 4 k V A 时， 对于1 ． 5 m m 电缆网络为2 0 0 m， 对 护装置 。 于2 ． 5 ram 屯缆网络为3 5 0 m， 对于4 ra m。 电缆 近年来 ，井下 已开始使用能在7 0 额定 网络为5 0 0 m，不能满足 远距离 1 O 0 0 m 以 电压下正常起动 ，在4 0 额定电压下维持发 上照明网络的保护要求。 光 的防爆节能型荧光灯，这就使得1 2 7 V 电 现有井下1 2 7 V 照明网络，由于 E l 光灯 压的供 电距离可达1 5 0 0 2 0 0 0 m，现场已有 的推广使用，供电长度已达l O 0 0 m以上，其 1 6 0 0 m 长的照明网络运行 ，而相应的远距离 5 0 0 m 以后的电网，实际上是在无短路保护 照明综保就成为生产与安全所必需的产品。 的状态下运行 ，给井下安全生产造成严重隐 此外 ，在漏 电保护方面，原有的照明综 患。 保动作值分散性较大，影响保护性能，经抽 原有的老式照明综保没有断线保护，而 样三台产品的实际性能测定，在其铭牌动作 据现场调查 ， 照明网络电缆被砸断、 扯断， 脱 值为2 ． 5 k f 2 的情况下，电压降为9 0 额定电 空的故障时有发生 ， 经常是前段线路灯亮着 ， 压时，装置对单相经5 0 0 D电阻接地保护拒 后段线路灯全灭 ，带电的断头裸露在巷道空 动，此时矿井与人员均无安全保障，因此需 间，造成严重的事故隐患，因此有必要在照 改进取样鉴别 电路 ，使动作值在 电压波动 明综保中增设断线保护功能， 使之更为完善。 士1 5 的情况下，仍能维持在较小的变化范 目前对于l O 0 0 m左右的井下照明 网络 国内。 保护 ，现场的应急处理办法有二 一是将照 据资料检索结果，国内外至今还没有保 明综保设置在中间，分别引出两根电缆向两 护距离达l O 0 0 m 及以上的井 下照 明综 保产 端供 电， 将需保护的距离缩为≤5 0 0 m，这样 品 ，也投解决远距离照明网络短路保护技术 查找故障困难 ，尤其是管理维护不便 ；另一 关键的任何专利。 维普资讯 第2 2 卷第9 期 煤 炭科学技术 1 9 9 4 年9 月 2 几种井下照明网络的短路保护方案 2 ． 1 电流取样 、幅值 鉴别方 案 这是传 统的 电网过流保护方法 ，其原 理 如 图l 所 示 。 图1电流取 样 、幅值 鉴别 法原 理 图 该 方 案 利用 电流 互 感器 工 H 的二 次 电 压来反应网络中的实际电流 J ，经单相桥式 整流 D、阻容滤波后 ，在 电阻 R 上取得直 流 信号加于电压比较器 丁的反相输入端， 丁的 同相端设置 给定电压 ，用来调整短路保护 动 作值 。 装置必须保证在额定 电流下信号 电压 低于给定 电压 ， 当电网发 生短路时 ， 电流 增 大， D输出的电压增大 ， 使得由R 取出的信 号 电压大于给定 电压 ， 丁翻转输 出低 电位 ， 启 动执行机构 ，实 现跳 闸断 电保护 。 前 已述 及 该法 的 弊端 ，只 能 在≤ 5 0 0 m 的范 围内起 作用 ， 当网络长度5 0 0 m 后 ， 网 络末端最小两相短路电流与线路额定电流相 差无几 ，该方案 因保护灵 敏度不能满足而 失 去短路保护 的可靠性 。 2 ． 2电流取 样 、随机 幅值 鉴别法 这种方法 的保护 原理 同上方案 ，但在整 定方法 上 作了些变动 其基本依据是 1 井下照明网络负荷在运行时是一种 稳定的 负荷 。 2 运行 中的照明网络发生短路时 ，照 明网络首端 取 样处 前 电流是负荷电流与 短路 电流 的叠加 ，从理论 上说 ，它必然大于 原负荷 电流 。 基 于 以 上两点 ，可将 图1 中的取 样 电阻 R 改设成可分级调整的电路 波段开关加 电 阻群 ， 当应用该法的照明综保接入具体的网 络以后 ，先送电，再针对负荷电流调整波段 开关 ，使在某一挡时刚好保护动作，然后停 电，并 将波 段开关 回调一 、二挡 压低取 样 信号电压 ，即可进行正常的送 电运行 。 该 法能将 保护距 离 在5 0 0 m 的 基础上 再 增加2 0 0 m左右 ， 但再长就困难 ， 并存在以下 问题 ①增 加现场调试 的工作 量和难 度 {② 对取样 元件 电流互感器和 电阻群 的误 差和精 度要求 高 ，批量生产难 以保证质 量 }③不能 适应 电网 电压的压化 ，当电网电压在运行 时 上浮l O 时，必使负荷电流增加，而信号电 压也随 之增 加 ，引起保护装置误 动 ；当 电网 电压 在运行 中下浮l O 时 ，必使 负荷 电流减 小，有可能当在末端发生最小两相短路故障 时装置拒动 ，保 护不可靠 。 2 ． 3 加设终 端元件 、间接取样鉴别 法 这 是我 们新 研制成功的远距离照 明综 合 保 护装置所 采用 的方法 ，该法有 以下 几点依 据 1 在 井下l 2 7 V 照 明网络 中 ， 无论是发 生三相短路还是 两相 短路 ，必使短路 点后 网 络 中至少有两相 间的 电位差为零 ，即使是有 一 定过渡 电阻 的非金 属性 短路 ，其短路点后 直至网络末端相应短路相间的电位差也在 1 0 的额定 电压以下。 2 远距离照明网络，即使是安装新型 的7 O 额定电压下能顺利起辉、4 O 额定电 压下能正常 维持 发光的防爆型荧光灯， 供 电设计上亦应保证正常运行时网络末端的线 电压≥5 O 额定 电压。 3 利用特殊的电子终端 电路，由该电 路的两种状态 ，分别反应正常和短路两种情 况下网络的末端电压 ，再借用简单的传输通 道 ，将 终端 电路 的两 种状 态传送到装设在 网 络首端 的综 合保 护装置 ，就可以对远距离照 明网络的短路故障实现可靠的保护。 远距离照明综保 ，采用了新的独创性的 7 瞎 维普资讯 第2 2 卷第9 期 煤炭科学技术 保护方式， 设计构思巧妙， 线路简单可靠， 仅 增 设一个终端 元件 约 3 ． 5 k g重的小 型静 止 隔爆 悬挂件 ，不增设任何传输线路 ， 短路保 护 的可 靠保护距离为0 2 0 0 0 m， 实际上是 照 明网络合理供电能达到多远 ，该保护装置就 能保护多远 ，保护距离不受供 电电缆 截面大 小和照明变压器容量大小的影响，保护动作 值不用整定，保护灵敏度在任何情况下均≥ 4，具有很高 的可靠性 。 实际研制 的远距离 照 明综保 和 所 采用 的保护 方 式 均属 国 内外 首 刨 。 3 框 图与原理 所研 制的远距离照 明综保 ，其 原理 框 图 如图2 所示 。 尚 盎 ⋯ J 篓 J 引 f r 自f f 、f f 茜 I S V ， 图2远距 离照 明综保 框 图 3 ， 1 技 术指标 1 控制保护距 离 O 2 0 0 0 m。 2 送 电前 的保 护 。 漏 电闭锁 ≤ 6 k D， 士 0 ． 5 k l ；断线闭锁 ；负荷侧任意处。 3 送 电后 的保 护 。 漏 电保 护 ≤ 3 k D， 士 0 ． 5 k n，单相经l k O电阻接地保 护动作时间 ≤0 ． 2 s ； 断线保护； 负荷侧任意处 ， 动作时间 ≤0 ． 2 s ； 短路保护 负荷侧任意处的三相短路 和两相短路保护 ， 动作 时间≤0 ． 2 s ， 保护灵 敏 度≥4 。 4 电压要求。 照明网络首端电压允许波 动1 5 额定电压 ，照明网络末端 电压应不 低于5 O 额定 电压。 3 ． 2保护原理 稳压 电源采 用 s w7 8 1 5 c三端 集成稳 压 8 器 ，输 出1 5 V直流 电压 ，供 整个 保护装置 电 子 线路之用 。 综合取样电路采用3 个二极管 组成三相 半 波整 流对地所构成 的直流检测 环节 ，若 为 漏电故障则直接取样 ，若为断线或短路故障 则由终端电路取样，发出信号 ，首端间接取 样 鉴别电路利用集成运算放大器构成电压 比较器，利用集成时基电路元件完成动作自 锁功能。 各种故障信号经鉴别确认后， 继 电器 1 J得 电，其常闭接 点断开交流接触器 C J电 磁线 圈的电源 ，C J跳 闸断电 ，实现了保护 为 了提高保护性能和可靠性 ，在装置 中 还设置 了漏 电给定 电压跟 随电路 、漏 电闭锁 与漏电保护给定值的延时转换 电路 、断线故 障与短路故障的分辨电路、各故障间的互锁 电路 等 。 4 并下性能实验与运行 新研制的井下远距离照明综合保护装置 于1 9 9 2 年1 2 月中旬在山西潞安矿务局王庄煤 矿 井下进行 了实际的性 能试验 ，在采取 了各 种安全措施后 ，接入1 5 0 0 m 日光灯网络。 在 首端和末端分别做明火的三相、两相短路各 3 次 ， 装置均准确无误埘 陕速动作； 在首端和 末 端做 明火的单相经l k i ] 、 3 k n 电阻接地 ， 装 置 亦准 确无误地快速动作 ；在 网络中部和 末 端利用插销开关各作3 次断线故障， 装置也准 确无误埘 陕速动 作 }送 电前的漏 电闭锁和断 线闭锁功能试验亦可靠无误，整机性能完全 满足设计 要求。 该装置 已在王庄煤矿井下安全运行 一年 有余 ，至今仍在运行 ，这表 明装置不仅控制 保护性能可靠， 其本身的可靠性也是很高的。 5 应 用推广 为了早 日解决井下远距 离照明 网络的综 下转第5 页 维普资讯 第2 2 卷第9 期 煤炭科学技术 1 9 9 4 年9 月 图5 工 作 面开 采紊 描 图 作面液压支架上部顶梁不相互挤在一起 ，可 以顺利移架。 同时也保证采煤机能够在输送 度 工 作面 推采过程 中 ，在断层附近 ，走 向 每l O m、 倾向3 0 m 范 围 内， 沿 倾斜 每3 ～5 m 为 一 个探点 ，用煤 电钻探 明各点的剩余煤层厚 度 ， 将探 明的剩余煤层厚度 填绘在1 5 0 0 的工 作面平面图上 ，为 下分层 的巷 道布置和开采 提供资料 。 3 工作面过断层期间的备项经济指标 机上正 常行 走 。 8 2 8 2 工 作面过断层期 间的各 项经济指标 2 ． 7 ． 2探 明断层附 近下分 层 的剩余 煤层 厚 见下表 。 吝 项经 济指 标寰 4 结柬语 1 8 2 8 2 一层工作面利用俯斜托煤顶开 采等方法顺利 地采过 了落差 7 ． 5 m 的大 断 层 ， 延 长了工作面的走 向， 缓 解了综采衔接 ， 取得了较好的效益。 2 过断层期间， 采取了一系列的措施 ， 控制了工作面各种角度， 控制了工作面顶板 ， 保证 了工 作面的正常开采 。 3 采取了挑断层下盘顶板等措施 ，减 少了煤炭损失，为下分层开采创造了有利条 件 。 4 工作面过断层期 间仍取得 了较 好的 各项指标 ， 实践证明， 如果技术措施得当， 综 采工作面过大断层也可以取得较好的效益。 5 为分层综采工作面过大断层总结了 经验 。 责任编辑许升 阳 上接第8 页 合保护问题 ，为了使该项新技术尽快服务于 煤矿 ，我们已进一步改进了该装置 ，使之与 原有的老式综保产品大体吻合 ，特别有利于 老式照 明综 保产品的 “ 远距 离化”技术改造 。 具体作法 非常 简单 ，要 点如下 1 控制保护距离 由O ～5 0 0 m增至0 ～ 2 0 0 0 m，漏 电保护动作值的分散性 压缩到 士O ． 5 k 0的范围内，增设断线保护功能。 2 原照明综保产品的隔爆外壳与照明 变 压器不作任何变 动 3 更换 提供与原电子插件尺寸完 全一样 的新 电子 插件 。 4 增设 提供 终端元件 约3 。 5 k g重 的小型隔爆悬挂件 。 5 原照明综保产品的本体做少量连线 的改接 ，或提供新本体 。 责 任编 辑付元义 维普资讯