崔保
(淮北矿业集团工程处孙疃矿建工区，安徽淮北 235121)
摘要:分析煤矿井下隔爆开关欠压保护动作原因、原理，提出技术改进措施。
关键词:防爆开关；欠电压保护装置；改进
引言：煤矿井下用电属于一级负荷，一旦中断供电则会影响到井下的生产，且会引起瓦斯积聚，威胁人们的生命安全。为防止恢复供电时多台大功率电动机的同时启动，避免线路瞬时过载、冲击电网和防止电动机自启动引起机械伤人事故，在《煤矿安全规程》中也有规定，即井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。而其欠电压释放装置多为瞬时性速断的失压脱扣器，容易造成误动作。井下高压供电系统也规定直接向井下供电的高压馈电线上严禁装设自动重合闸。系统电压波动会使高压开关欠压释放，以至造成大面积停电，为此有必要对其开关中的欠电压保护装置进行改造，增加延时可调脱扣功能，以躲过自动重合闸和电网电压波动带来的影响。
1 高压隔爆开关欠电压保护动作的原因分析
供电电网中的低电压闪变是造成开关欠电压保护动作一般是其主要原因。矿井供电系统的低电压闪变通常是由以下原因所引起的：一是冲击负载；二是大型电动机直接启动；三是供电系统短路故障；四是雷电。前两者影响不严重，只要供电设备设计合理或通过改变设备的启动方式，可将冲击限制在一定范围内，不会对欠电压保护产生影响。后两者是由于故障电流幅值大，对电网的冲击也大，影响范围大，它是造成欠电压保护装置动作的主要原因。
2 欠电压脱扣器的动作基本原理
欠电压脱扣器由电磁铁系统和控制电路组成，其中电磁铁系统包括静铁心、动铁心、励磁线圈和反作用弹簧等机构组成。当电源电压高于欠电压脱扣器额定电压的85％时，励磁线圈被接通，产生激磁，动铁心磁吸力的作用大于弹簧反力对静铁心的吸力，这时断路器处于正常运行的状态；当电源电压下降到欠电压脱扣器额定电压的35％时，此时励磁线圈被控制电路关断，就会导致欠电压脱扣器无电磁吸力，在弹簧的反作用力下，衔铁被打开，脱扣杆撞击断路器的脱扣板，使断路器的锁扣机构解扣，断路器分断，达到了保护目的。
3 欠电压保护的基本作用
对于欠电压保护，它主要有两个作用：①当供电电压降低到一定程度时，线路上正常运转的设备（如电动机）就会疲劳、堵转，使批量电动机同时出现几倍的过电流，造成线路和用电设备的损伤。此外，在电压恢复的瞬间，已经停转或快要停转的批量电动机会同时启动，也会导致线路电压重新大幅度下降。这也是配电系统所不允许的。当电源电压下降到额定电压65％时，欠压保护动作切断负荷电源，防止因电压过低损坏电气设备；②当电源停电时，欠压保护分断电源开关。系统恢复正常时，必须人工合闸，以防止电源恢复时开关合闸，电动机自启动或其它事故。
4 改进欠电压保护的方案设计
1）欠电压保护延时时间常数的确定。对于电源线路的短暂性短路故障，会造成短时(1～1.5s)的停电。因短暂性故障，故系统重合闸启动，一般在1～2s内恢复正常。系统电压因短路故障会引起电压波动，也会在1～2s后恢复正常。所以对井下高压隔爆开关中的欠电压保护装置进行技术改造时，要使其动作带有2～3s的延时。
2）两种改造方案。即直接并联阻容放电延时电路方案和直流电磁式时间继电器延时驱动方案。①直接并联阻容放电延时电路方案。采用直接并接阻容放电延时电路方案的欠电压保护原理，见图1（1）。在失压脱扣器电源回路中增加延时断开装置，以起到较好的效果。由于失压脱扣器的线圈参数和弹簧弹力的差异，R和RS的参数必须要调试。首先调整RS，使失压脱扣线圈的电压小于35％额定电压时，铁芯能可靠的脱扣，大于80％额定电压时，铁芯可靠的吸合，再调整R，使失压脱扣线圈工作电源停电后1.5～3s内，铁芯能够可靠吸合。电源接通一段时间内，电路中有电流I通过，电源经整流器后通过电阻向电容C充电；当外部断电后，电容器通过R和RS开始向STR放电，当STR上的电压降一定值时就执行脱扣。适当选择R、C的值，可以得到延时时间为1.5～3s。②直流电磁式时间继电器延时驱动方案。延时驱动欠电压保护原理：利用直流电磁式时间继电器延时驱动欠电压保护的原理，见图1（2）。直流电磁式时间继电器JT代替原高压隔爆开关中的失压脱扣器，开关脱扣机构保留分励脱扣器TQ的部分，并用JT延时闭合的常闭触点控制分励脱扣器TQ线圈的得失电。线路电压正常时，JT得电吸合，常闭触点JT1打开，分励脱扣器线圈TQ失电，不影响高压隔爆开关的手动合闸。线路停电或电压低于35％Ue且超过2.5s及以上时，JT断电延时时间，其动铁芯衔铁释放，延时闭合的常闭触点闭合，接通分励线圈TQ的电源。分励线圈得电，分励脱扣器动作，高压开关则跳闸。
5 欠电压保护装置的实际改进应用
矿井下欠电压保护装置多为瞬动跳闸，经常造成误动作。要改变这种状态，可进行以下两种方式改进：一是采用高精度的数字综合保护器来实现欠电压保护；二是改造现有的欠电压脱扣装置，使其具有延时动作的功能，来避免电压波动造成的误动。
1）利用ZBT-11型微机综合保护器改造，以实现欠电压保护。因ZBT-11型微机综合保护器是一种高精度的数字化保护装置，比较适用于井下6kV电网中性点不接地供电系统或中性点经消弧线圈接地系统。它可对采集到的各种电气量进行处理，用软件实现保护动作的延时和各种逻辑量的运算。装置具有后备电源，正常工作时电源由PT二次电压整流获得。由电压互感器二次100V电压经整流输出直流135V电压作操作电压。在PT二次无输出电压或开关出口短路时，可能造成电压偏低，此时由后备操作电源保证装置至少再工作10s和保证开关至少跳开一次。该微机综合保护器的欠压保护动作门槛和延时时间均可根据需要实现无级调整。使用中取消了失压脱扣线圈，采用综合保护器保护出口直接动作于跳闸线圈，这就完全避免了欠电压保护的误动作。
2）通过改造欠电压脱扣线圈实现欠电压保护。改造现有的欠电压脱扣装置，最直接的就是增加欠电压脱扣的延时时间，可以通过在失压线圈回路中增加储能电容，使欠压脱扣有一个延时，以躲过电压波动。改造方法见上述的“直接并联阻容放电延时电路方案”。
结束语：煤矿井下高压隔爆开关供电系统的欠电压保护，根据现场使用效果看，使用ZBT-11型微机综合保护器进行改造来实现的欠电压保护效果最好。运用其改造后系统更加灵活可靠，还能根据现场的要求设置欠电压保护的瞬时和延时功能。改后这也可有效避免因供电系统的短暂停电或电网电压波动造成的大面积停电事故，从而保证了矿井供电的安全可靠性。
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