基于煤矿供电系统和电气设备的保护.pdf

文章编号10032079420060620924203 基于煤矿供电系统和电气设备的保护 曹保银,周孟然 安徽理工大学,安徽 淮南232001 摘要简单叙述继电保护的原理,并对井下三大保护过流保护、 漏电保护、 接地保护及其 它保护作了详细地论述,体现了供电系统和电气设备的保护对煤矿安全生产及其产量的提高具有 重要意义。虽然继电保护的可靠性和灵敏度等都很高,但是它采用的触点控制方式,将会被软件控 制方式所取代。最后,对煤矿供电系统和电气设备的保护方案作了展望。 关键词继电保护;过流保护;漏电保护;接地保护 中图号 TD614文献标识码 A Summary of Power Supply System and Electrical Device Protections Based on Coal Mine CAO Bao - yin , ZHOU Meng - ran Anhui University of Science over - current protection; leak - power protection; earthing protection 1 保护装置及其原理 煤矿的供电系统和电气设备的保护大多采用继 电保护装置,随着计算机技术、 微电子技术、 信息技 术、 网络通信技术的不断发展,智能保护系统已经研 制成功,在硬件方面,采用具有强大数据处理能力的 DSP微处理器,低功耗可编程逻辑芯片CPLD和高 集成度的专用芯片ASIC ,使整个系统的可靠性有 很大提高,从而保证了生产质量。 继电保护装置是一种能反应系统故障和不正常 状态,并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动 化设备。熔断器、继电器和接触器等都可以用于保 护装置,但由于煤矿系统中正常工作电流和短路电 流不断增大,熔断器已不能满足选择性和快速性的 要求,继电器和接触器是目前应用较广泛的保护装 置。继电保护装置分类繁多其基本结构主要包括 1现场信号输入部分 现场信号送入继电保 护装置一般要进行必要的前置处理,如采用光电隔 离技术,消除干扰信号;电平转换电路使低信号变为 强信号易于处理;低通波除高频信号及纹波电压等, 使继电器能有效地检测各现场物理量。 2测量部分 它是检测经现场信号输入电路 处理后与被保护对象有关的物理量,并与已给定的 设定值或自动实时生成的判据进行比较,根据比较 结果给出 “是” 或 “非”,即 “0” 或 “1” 性质的一组逻辑 信号或电平信号,经判断确定保护是否启动。 3逻辑判断部分 它是根据测量部分各输出 量的大小、 性质、 逻辑状态、 输出顺序等信息,按一定 的逻辑关系组合、 运算,最后确定是否应该是断路器 跳闸或发出信号,并将有关命令传给执行部分。常 用的逻辑一般有 “与” 、“或” 、“非” 、“延时” 、“记忆” 等 功能。 4执行部分 它是根据逻辑判断部分送来的 出口信号,完成保护装置的最终任务,主要负责保护 装置与现场设备的隔离、 连接、 电平转换、 出口跳闸 的功率驱动,以及现场设备状态信息的返回等,以使 继电保护装置能可靠地工作电气设备和电力设备 发生故障时跳闸,不正常运行时发出信号,正常时不 动作的理想状态。 2 井下有关保护及其实现方法 由于井下的环境较特殊,电气设备分为矿用一 般型电气设备和矿用隔爆型电气设备,前者不具有 防爆性能,适用于没有瓦斯、 煤尘爆炸危险的场所; 后者具有防爆和隔爆性能,适用于有瓦斯、 煤尘爆炸 危险的场所。同时,电气设备按工作电压高低分为 低压电气设备工作在交流1 200 V或直流1 500 V 以下的电气设备和高压电气设备工作在交流1 第27卷第6期 2006年 6月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol127No16 Jun12006 200 V或直流1 500 V以上的电气设备 , 井下电气 设备大多属一类负荷和二类负荷,工作时的电流、 电 压都较大,对其保护是保证可靠性工作的关键。目 前,过流保护、 漏电保护和接地保护是井下的三大保 护,还有其它保护如失压保护、 欠压保护、 过压保护 和闭锁功能等。 2. 1 过流保护 电火灾产生的主要原因是电网的过电流,而过 电流又是由短路、 过载和断相引起的,因此防止电火 灾方法就是防止过流的产生。所以过流保护包括短 路保护、 过载保护和断相保护。 1短路保护 当电器或线路绝缘遭到损坏、 负载短路、接线错误时将产生短路现象。短路时产 生的瞬时故障电流可达到额定电流的十几到几十 倍,使电气设备或配电线路因过流而产生电动力损 坏,甚至因电弧引起火灾。短路保护的动作时间要 短,其动作值设定较大,在很短的时间内切断电源。 电磁式继电器和电子式继电器均可实现短路保护。 2过载保护 过载是指电动机的运行电流或 电气设备的工作电流大于其额定电流,但超过额定 电流的倍数小些,通常是额定电流的1. 5倍以内。 引起电动机或电气设备过载的原因很多,如负载突 然增加,断相运行以及电网电压降低等。若电动机 或电气设备长期过载运行,其绕组或电气设备的温 升超过允许值使绝缘老化、 损坏。过载保护的动作 时间与过载电流大小有关,其动作值设定小于短路 保护的动作值。动作延时取决于过载程度,过载程 度越大,延时越短;过载程度越小,延时越长,此特性 称为反时限特性。 延时环节由时间继电器构成,过载时,电流继电 器动作,其触点接通时间继电器线圈,经延时后时间 继电器触点动作,使执行机构动作,切断主回路电 源,同时发出过载信号。过载保护可由电磁式继电 器、 电子式继电器和热继电器实现。 3断相保护 电动机在正常运行中,由于电网 故障或一相熔断器熔断引起对称三相电源缺少一 相,电动机将在缺相电源中低速运转或堵转,定子电 流很大,是造成电动机绝缘及绕组损坏的常见故障 之一。断相时,负载的大小、 绕组的接法等因素,引 起相电流与线电流的变化差异较大。断相保护采用 负序保护原理,当线路电流大于负荷额定电流的 111倍时开始动作,电子式继电器、 热继电器均可实 现断相保护。 2. 2 漏电保护 当电网绝缘电阻小于一定数值时,人触及后会 产生触电危险,而且漏电不仅会使设备进一步损坏, 形成短路事故,同时还导致人身触电和漏电火花引 爆瓦斯、 煤尘的危险。因此在井下供电系统中必须 装设漏电保护装置实现绝缘监视、 漏电保护以及补 偿流过人身的电容电流的作用。按其实现保护功能 分为无选择性漏电保护和有选择性漏电保护。 1无选择性漏电保护 采用附加直流电源的 保护原理。在包含对地绝缘电阻的检测回路中附加 直流电源,监视其直流电流的变化,达到监测绝缘电 阻的目的。该装置需与低压自动馈电总开关配合使 用。其缺点是停电范围大,不易判断漏电线路,但结 构简单、 工作可靠,故仍在使用。 2有选择性漏电保护 采用零序电流保护原 理。零序电流信号由零序电流互感器获得。当未发 生漏电时,一次侧三相电流对称,其电流相量和为 0 ,二次侧无电流输出;当发生漏电时,一次侧三相电 流不对称,其电流相量和不为0 ,二次侧有电流输 出。其装置与分路开关配合使用,其优点是减少停 电范围,易于查找故障线路,因此被广泛地使用。 2. 3 接地保护 在正常情况下,电气设备的金属外壳及架构不 带电,但如果电气设备的绝缘损坏,其金属外壳和架 构就要带电。当人触及此电气设备时就会发生触电 事故,而且我国规定触电的安全极限交流电流值为 30 mA ,因此要通过接地保护限制通过人身的电流使 其在极限电流之内。保护接地的关键是将保护接地 装置的接地电阻降低到规定的范围内,就可以使流 过人体的电流不超过安全极限电流,达到减少触电 危险的目的。 煤矿安全规程 规定接地网上任一 保护接地点的接地电阻不得超过2Ω。同时,主接 地极与辅助接地极之间的距离应不小于5 m。 2. 4 其它保护 1失压保护 电气设备在正常工作时,如果因 为电源电压的消失而停止工作,那么在电源电压恢 复时,电气设备的自行启动或投入工作将造成人身 事故或设备损坏。对供电系统来说,许多电气设备 同时启动和工作,也会引起不允许的过电流和过大 的压降,而热类电气设备可能引起火灾。为防止电 压恢复时电气设备的自行启动或投入工作采用接触 器和按钮控制电动机的启动、 保持、 停止,就具有失 压保护作用。 2欠压保护 其采用鉴幅式保护原理。电动 机或电器元件在有些应用场合下,当供电系统的电 第27卷第6期 基于煤矿供电系统和电气设备的保护 曹保银,等 925 ˜设计 计算ˆ文章编号10032079420060620926203 基于MAT LAB的刮板输送机优化设计 薛铜龙,李树平 河南理工大学 机械与动力工程学院,河南 焦作454000 摘要根据实际生产对刮板输送机高生产效率与低动力消耗的基本要求,以功率消耗最小 为目标函数,建立刮板输送机的优化设计数学模型,并编写MAT LAB语言文件进行了实例计算,所 述方法和计算结果可为刮板输送机的工程设计提供参考。 关键词刮板输送机; MAT LAB ;优化 中图号 TH237文献标识码 A Optimization of Scraper Conveyor Based on MAT LAB XUE Tong - long , LI Shu- ping College of Mechanical and Power Engineering ,Henan Polytechnic University , Jiaozuo 454000 , China Abstract On the basisof demand for scraper conveyor with high production and low power loss , the mathemat2 ical model with the pursuit of minimal power loss is established , and the optimization technique is used to find the optimized solution by means of making MAT LAB optimization program. The and the result can pro2 vide a reference for designing project. Key wordsscraper conveyor ; MAT LAB ; optimization 1 数学模型的建立 在实际工作中,对刮板输送机的基本要求是在 满足运输能力和所运物料块度的前提下,如何合理 选择参数,使输送机发挥更大的技术、 经济效益,这 个问题可转化为以功率消耗最小为目标函数的优化 设计问题。 1. 1 目标函数和设计变量的确定 刮板输送机功率 N W0v 1 000 1 式中v 刮板链运行速度,mΠs; W0 刮板输送机主动链轮圆周牵引力,N。 压降到额定电压的75 时,就应能自动切除电源而 停止工作,以免损坏电动机以及机械设备。欠电压 保护方法不仅可以采用接触器和按钮控制方式,还 可以采用低压断路器或专门电磁式电压继电器进行 欠压保护。 3过压保护 其采用鉴幅式保护原理。当供 电系统的电压大于额定电压的115 时,就应能自 动切除电源而停止工作,以免损坏电动机以及机械 设备。过电压的保护方法是在线圈两端并联一个电 阻、 电阻串电容或二极管串电阻等形式,以形成一个 放电回路,从而实现过压保护。 4闭锁功能 它是实现系统安全可靠工作的 重要部分之一。常用的闭锁有漏电闭锁、 机械闭锁、 风电闭锁等。漏电闭锁采用附加直流电源检测原理 实现,在隔爆真空型电磁启动器、 低压馈电开关中经 常使用;高压配电箱设有机械闭锁装置以保证安全; 风电闭锁功能是由分路馈电开关与风机的控制开关 配合使用实现的,将风机的控制开关的常闭触点接 入分路开关的CPU回路,实现对分路开关的控制。 3 结语 煤矿供电系统和电气设备的保护对煤矿安全生 产和产量的提高具有重要意义。同时继电保护在电 力系统和煤矿系统已取得了广泛的应用,但它是采 用触点控制方式,由于触点之间存在接触电阻包括 膜电阻和收缩电阻 , 使电阻增加及接触区的导电性 能变差,同时,触点在运行时还存在触点的磨损包 括电磨损和机械磨损 , 使其寿命减短。随着计算机 技术、 网络技术、 可编程逻辑控制器件PLC、 单片 机MCU技术、 总线技术、 微电子技术等的飞速发 展,采用软件控制代替触点控制,尤其是PLC、 总线 技术或液压技术和智能电气设备的结合,使整个系 统的可靠性和安全性会有更大程度的提高。 参考文献 [1]王红俭,王会森.煤矿电工学[M].北京煤炭工业出版社,2005. [2]王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术[M].北京机械工业出 版社,2001. [3]顾永辉,等.煤矿电工手册第二分册 下[M].北京煤炭工业出 版社,1998. [4]方承远.工厂电气控制技术[M].北京机械工业出版社,1998. [5]张学成.工矿企业供电[M].徐州中国矿业大学出版社,1998. [6]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京煤炭工业出版社, 2004. 作者简介曹保银1982 - ,安徽宿州人,现就读于安徽理工大 学电气系研究生,研究方向控制理论与控制工程-智能控制,E - mail chenqiaoling-19831117 . 收稿日期2006201216 第27卷第6期 2006年 6月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol127No16 Jun12006