隔爆开关缺断相保护的研究.pdf

第3 3 卷第1 1 期 煤 矿 安 全 2 0 0 2 年1 1 月 试 验 研 究 文章编号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 2 1 1 0 0 1 00 3 隔爆开关缺断相保护的研究 王玉梅 ， 艾永乐 焦作工学院电气工程 系， 河南 焦作 4 5 4 0 0 0 摘要 文章介绍了采用不同的电气原理全时段检浸 II 断相故障与确定断相点， 断相闭锁检测对 发生的断相故障可以准确、 快速地确定断相故障相； 运行期间的断相保护可以最有效地解决煤 尘、 瓦斯及烧坏电动机所带来的 灾害和损 失。 关键词 断相 闭锁 ； 断相保护 ； 全时段 ； 负序滤序器 中图分类号 T D 6 8 4 文献标识码 A 煤矿井下使用 的小型隔爆开关 的性能直接影 响着煤矿供电的质量与生产安全。 煤矿安全规 程 第 4 3 2 条规定井下低压电动机应具备短路、 过 负荷 、 单相断线的保护及远方 控制装置。所 以在 小型隔爆开关内部增设保护断相功能， 即实现送 电前断相闭锁检测 和运行 期间断相保护功能 ， 起 到全时段范 围保护断相的 目的， 具有重要意义 。 1 保护断相具有的功能 保护 断相具有断相 闭锁 、 断相保护 和故 障定 位之功能。 断相 闭锁是指每次送 电前对供 电线路和用电 设备进行断相检查 ， 若发现有断相故 障， 通过信号 闭锁使小型隔爆开关根本不能合闸送电； 若没有 发现断相故障 ， 方可正常合 闸送电。 断相保护是继 断相 闭锁功能检查之 后 ， 小 型 隔爆开关合闸送 电， 线路和设备正常运行 ， 在此正 常运行期间， 突然发生断相或电源缺相故障， 断相 保护电路迫使小型隔爆开关跳 闸断电。故障定位 是确定断相故障相及其位置。 2 实现保护断相功能的原理 保护断相根据所实现的功能具体由以下电气 原理实现。 传输频率有关 ， 其表达式为 口 6 ． 1 4 4c [ 瓦 一 2 n f Z L ] 6 当传输频 率为 音频 。 频 率 比较低 ， 感抗 比较 小 ， 传输衰耗可简化为 a 8 ． 6 8 6 丽 7 通过计算 ， 得出通信导线的参数列于表 1中。 表 1 通信导线的参数 1 0 4 结语 兼做探险绳的通信导线是一种特殊结构的传 输线 ， 本文采用电磁场理论 和传输线 理论根据 通 信导线在井下 的实际应用情况给出了原参数和衰 减常数 的计算方法 并得出 了实 际数值 ， 为整个 系 统的传输电平设计提供 了依据 。 作者简介 董 1 9 6 9 一 ， 男， 内蒙赤峰人， 参加完 成国家攻关课题、 部级课题 多项， 获煤炭部科技进步二等 奖一项 ， 现在北京 中国矿业大学控制理论与控制工．程专 业攻读博士学位。 收稿 日期 2 0 0 2-0 61 9 ； 责任编辑 金丽华 维普资讯 第3 3 卷第 1 1 期 煤 矿 安 全 2 0 0 2 年1 1 月 1 断相闭锁 。断相 闭锁 检测 采用附加直流 电源法 。电路原理如图 1所示 。隔离转换开关首 先接通 5 V 的电源 ， 因真空接 触器 未得 电， Z C 及触头不闭合 ， 这样 5 V 的电源 通过 电动机绕 组 、 中间继 电器常闭接点 、 电阻形成 回路 。通过检 查 1 、 2端的信号来判断线路的完好情况。 A B C 图 1 断相 闭锁检测 电气原理 2 缺、 断相保护。线路发生两相短路 、 断相、 电源缺相及三相负载不平衡 时 ， 均产生负序 电流 分量。理论计算表 明 两相短路时负序 电流与 断 相故 障时负序电流差别很大 ； 两相短路故 障和断 相故障所产生负序 电流远远大于线路的不平衡 电 流。缺 、 断相保 护采用 负序 电流滤序器 。原理如 图 2所示 。 A B C 乏 6 R c _ l 图 2负序 电流 滤序器 电路 图 2中的电阻 Ra 、 R 及容抗 X。 须满足关系 式 R。 0 ． 5 R X。 √ 3 R。 √ 3 R ／ 2 负序 电流滤序器的矢量图如图 3所示 。 从 图 3中不难看出 ， 对于正序分量 ， 滤序器的 输出电压 【 ， ， 为 Ux 0 ． 9 Ua l U 1 0 对于负序分量 ， 滤序器的输出电压 为 Uz 0 ． 9 【 ， a 2 2 1 式中 K 负序电流的复系数 ； ， 2 线路的负序 电流。 ， ． I a 正序分 量矢量图 b 负序分 量矢量 图 图 3 负序 电流滤序 器的矢量 图 滤序器的总输出电压 【 ， 为 UUx Uz Uz 2 2 可见负序 电流滤序器的输 出电压仅与线路 的 负序 电流有关。 线路发生断相故 障时负序 电流用 1 式计算 r 星 Zc 1 Z Zh x Z 、 式中E线路 的相电压 ； Zh 1 、 Z 故 障点 以后 的正 、 负序阻抗 ； Z l 、 Z 故 障点 以前 的正 、 负序阻抗 。 上式表 明断相故 障时负序 电流远远大于线路 的不平衡 电流 。 3 断相故障点检测 。断相故 障点采用高频 信号 检测 。电路原理如 图 4所示 ， 图中高频信号 振荡器产生 2 0 k Hz的交流高频信号 ， C为标准电 容 ， C 为 电缆 断路 芯线与 非 断路 芯线 之 间的 电 容 ， 其大小为 图4 断相故障点检测原理 C 2 7 t e L ／ 1 n d／ r o 4 式中 L 断相 电缆芯线距检测点 的距离 ， m； d 芯线间距离的几何平均值 ， m； r n芯线半径 ， m； e 电缆芯线 间绝缘介质 的介 电常数 ， 1 1 维普资讯 第3 3 卷第1 1 期 煤 矿 安 全 2 0 0 2 年1 1 月 F／ m o 在其它条 件一 定情 况下 ， 电容 C 与 芯线 的 长度成正 比， 即 C P L 5 式 中 P为与 电缆结构 、 尺寸 、 材料有 关 的常 数。 通过测量 和 值 ， 得如下关系式 一U Zc Z Cx 6 U ZC x x u， Zc ZC 1 由式 5 、 6 得电缆断相点距首端 的距离为 Lx 1 U 一 1 C 3 实验结果 7 采用上述检测原理 ， 在实验室完成 了模拟 实 验 ， 结果如下。 断相 闭锁检测 根据 检测原理可得表 1的测 试结果。通过 表 1 ， 可 以非 常方便地将 断相检 测 出来 。 表 l 检测 结果 A、 B、 C兰相线 路情况 1端 、 2端 的输 出信号情况 A、 B、 C三相均 无断相 A相 有断相 B相有断 相 C相有 断相 均有接近 于 5 V 的电压输 出 均有接 近于 0 V 的电压输 出 1端输 出 0V． 2端输出 5V 1端输出 5 V． 2端输出 0 V 断相保护 由于线路有 1 0 ％～1 5 ％的 自然非 对称性 ， 所 以负序 电流滤序器的整定值 J d z 应满足 8 式 ≥ 1 ． 5 I 8 式 中e线 路正 常运 行时 的不 对称系数 ， 一 般为 0 ． 5 ～0 ． 1 5 ； J 线路负荷的额定 电流。 实测数据表 明 ， 断相时的负序 电流远远大 于 线路的不平衡 电流 ， 即灵 敏度很高。任 意一相断 相时 的线路 电流与负序电流滤序器的输 出信号实 测值如表 2所示 。在实验过程 中注意负序电流滤 序器的两个 电流互感器一定要保证检测 A相和 C 相 电流 ， 且注意电流互感器的极性。否则 ， 结论不 正确。 1 2 表 2 线路电流与滤序器输出电压 线 路 I／ 电 A 流2 5 3 7 ．5 5 0 6 2． 5 7 5 8 7． 5 1 0 0 1 2 5 滤 序器输 出电压1 ． 4 8 2 ． 6 3 ． 8 4 5． 0 7 6 ． 2 2 7 ． 4 9 8 ． 6 0 9 ． 9 U／ 、 ， 断相点检测 断相点检测与电缆 的敷设形状 、 电缆本身的制造质量及新旧程度等有关 。这里暂 不讨论 。 4结语 通过实验可实现 断相故 障智能化检测 ， 解 决 查找断相点的难题。 目前的小型隔爆 开关大多数 已实现了智能化 ， 可在原电路 的基础上稍作 改动 ， 软件上加进一些功 能模块 就可 以实现 断、 缺相 保 护的智能化 ， 从而提高隔爆开关的保护性能。 参考文献 [ 1 ] 孙鸿志． 当前煤矿电气安全管理存在的问题和对策 [ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 1 ． 1 [ 2 ] 王润成． B G 】 L 一 6 A矿用隔爆真空断路器的使用与 对策[ J ]． 煤炭科学技术， 2 0 0 1 ． 7 [ 3 ] 王 济． 真空馈电开关存在的问题及几点建议[ J ] 煤矿机电， 2 0 0 1 ． 2 [ 4 ] 付子义． 智能化矿用隔爆小型真空磁力启动器保护 功能实现的研究[ J ] ． 煤矿机电， 2 0 0 1 ． 5 R e s e a r c h o f Ov e n P h a s e P r o t e c t i o n i n E x p I 一p r o o f W ANG Yume i ． AI Yon g l e D e p a r t me n t o f E l e c t ri c a l o f J i a z u o I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g T ech n o l o g y ， J i a c J o He n a n 4 5 4 0 0 0 Ab s t r a c t Th e wo r k o f t h i s p a p e r i s me a n g o p e n p h a s e f a i l u r e a n d d i a g n o s i n gt h ep l a c eo f f a i l u r ei n a l lt imeb yu s i n g d i f f e r e n t c i r c u i t p n c i p l e ． Es p e c i a l l y ，t h e me a ．．q u r e o f o p e n p h a s e i s a c c u r a t e a n d q u i c k ． P r o t e c t i v e o p e n p h a s e c a n s o l w e t h e p r o b l e m o f d u s t ， g a s e x p l o s i o n a n d 埘陋g e mo t o r 【u S e d b yo p e n p h a s e ． Ke y Wo r d s lo c k o p e n p h a s e ； p r o t ect i v e o p e n p h a s e ； a l l t i me ； n e g a t i v e o r d e r c u r r ant fil t er 作者简介 王玉梅 1 9 6 3一 。 女 。 1 9 8 6年毕业于西安 交大。 现在焦作工学院电气系从 事电气工程及其 自动化 专业的教学和科研工作。曾发表论文十余篇。 收稿 日期 2 0 0 1 1 2 2 0 ； 责任缟辑 金丽华 维普资讯