摘要

       在煤礦高壓開(kāi)關(guān)柜運行中，由于受到多種因素的干擾，中低壓母線(xiàn)發(fā)生故障的概率較高，在中低壓母線(xiàn)裝設中又沒(méi)有設置專(zhuān)門(mén)的保護，所以開(kāi)關(guān)柜電弧光短路等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，對變壓器等設備造成一定的損害。鑒于此，對電弧光對開(kāi)關(guān)柜和供電系統造成的損害進(jìn)行了分析，并對煤礦高壓開(kāi)關(guān)柜電弧光保護裝置設計與應用進(jìn)行了探討。

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

0引言

       高壓開(kāi)關(guān)柜主要應用于電網(wǎng)電站中，但隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高壓開(kāi)關(guān)柜的應用范圍得到了很大的拓展。在中國煤礦電網(wǎng)容量不斷，中低壓配電系統規模擴大的情形下，高壓開(kāi)關(guān)柜在煤礦行業(yè)中得到了有效應用。

由于中國煤礦電網(wǎng)容量的，中低壓配電系統規模也得到了一定的擴大，但是由于中低壓母線(xiàn)操作頻繁，加上人為操作不當的因素，設備磨損嚴重，母線(xiàn)出現故障的概率比較大。另外，因為一般不對中低壓的母線(xiàn)設置保護裝置，所以在切除故障電流上所用的時(shí)間較長(cháng)，使得設備被損壞的程度較大，給煤礦企業(yè)造成一定的經(jīng)濟損失。因此，一定要注意煤礦開(kāi)關(guān)

柜中電弧光保護裝置的設置，以免影響母線(xiàn)的運行，降低事故發(fā)生的概率。

1電弧光參數和危害

1.1電弧光的參數

       關(guān)于電弧光的參數，可以從功率、溫度、電壓和光照強度幾個(gè)方面來(lái)分析。首先在功率上，電弧光在產(chǎn)生的過(guò)程中，其可以達到的大瞬時(shí)功率為40MW。整個(gè)弧光生成中設備內部的溫度可以達到1×104℃～2×104℃，而在產(chǎn)生和結束的瞬間，其溫度可以達到4500℃。此外，弧光的大電壓可以達到500V～1000V，弧光的光照強度可達正常光照強度的2000倍。

1.2電弧光產(chǎn)生的危害

      從電弧光的參數來(lái)看，其溫度、電壓和光照強度都超出正常范圍，尤其是在電弧光的溫度上，其溫度是太陽(yáng)溫度的2倍，這么高的溫度會(huì )使得接線(xiàn)銅排、鋁排等融化損壞，引起電纜和電纜包覆層著(zhù)火。同時(shí)，過(guò)大的壓強可能會(huì )導致開(kāi)關(guān)設備爆炸，從而產(chǎn)生大量有害氣體，威脅人體健康。另外，在壓力過(guò)大和溫度過(guò)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、功率導致設備出現故障或者爆炸事故，便會(huì )提高作業(yè)的危險性，使人員和設備材料受到損害，給煤礦企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟損失。

2電弧光保護技術(shù)現狀和常用的保護措施

2.1國內發(fā)展現狀

      關(guān)于設備內部電弧光出現的故障問(wèn)題，隨著(zhù)研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現出現故障的原因除了有電磁效應外，還有聲波、光熱效應和壓力等的影響。所以近幾年來(lái)中國根據故障原因分析結果，研究開(kāi)發(fā)了不同故障引起的電弧光檢測保護裝置，通過(guò)電弧光檢測，有效解決了過(guò)去電弧光保護反應時(shí)間太長(cháng)的問(wèn)題。電弧光保護裝置在煤礦行業(yè)高壓開(kāi)關(guān)柜中的應用，主要是在開(kāi)關(guān)柜不同的單元中設置壓力傳感器，這樣通過(guò)壓力檢測可以及時(shí)發(fā)現設備中的故障問(wèn)題，然后使故障電流供電的斷路器跳閘，避免故障電流流通；有的是根據電弧

       光的溫度熱量效應，設置了符合電弧光特性和運作機理的繼電器，像金屬絲電弧光繼電器，就被廣泛應用到煤礦高壓開(kāi)關(guān)柜中；有的是利用電弧光產(chǎn)生的電磁能量設置相應的保護裝置，例如單向電流電弧保護裝置、電弧接地保護裝置等；有的則是利用電弧光的聲波、光照和壓力效應以及電流組合來(lái)設置相應的保護裝置，對設備進(jìn)行保護；還有的通過(guò)對絕緣失效的早期信號進(jìn)行檢測并設置保護裝置，可以通過(guò)檢測高壓開(kāi)關(guān)柜中臭氧的體積分數來(lái)采取相應的保護措施。在中國傳感器的研究開(kāi)發(fā)上，針對電弧光參數和危害所形成的光纖傳感器是一種有效的保護裝置，該裝置具有抗電磁干擾能力強、電絕緣性好和靈敏度高的特點(diǎn)，對信號具有很強的敏感反應能力和傳輸作用。尤其是在煤礦行業(yè)，在中低壓環(huán)境中，受到外界復雜環(huán)境因素的影響，開(kāi)關(guān)柜受到的電弧光電磁能量干擾很強，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)顯示出的應用優(yōu)勢，不僅可以對電弧光進(jìn)行有效檢測，還可以對整個(gè)煤礦電網(wǎng)系統起到有效的電弧光保護作用。

2.2中低壓母線(xiàn)常用的電弧光保護措施

       電弧光對內部系統造成的故障損害程度主要與故障發(fā)生時(shí)系統對故障的敏感性和反應能力有關(guān)。也就是說(shuō)，電弧光故障電流能否被及時(shí)切斷關(guān)系著(zhù)電弧光引起的故障對整個(gè)系統的損害程度。一般來(lái)說(shuō)，只有總的切除時(shí)間在85ms及以下時(shí)才能使設備不受到損害，而超過(guò)這一特定值就可能會(huì )對設備造成損害，尤其當整體切除時(shí)間超過(guò)100ms之后，便會(huì )對設備造成很大程度的損壞。為了避免中低壓母線(xiàn)受到損害，進(jìn)而影響內部設備系統的正常運行，目前主要采取的保護措施如下：

a)設置電弧光變壓器后背過(guò)流保護措施，一般規定的保護反應時(shí)間為1.2s～1.4s；

b)設置饋線(xiàn)速斷保護閉鎖的變壓器后背過(guò)流保護措施，該保護措施對電弧光故障電流的保護反應時(shí)間為300ms～400ms；

c)設置高阻抗保護措施，對故障電流的保護反應時(shí)間在35ms～60ms之間。從這些保護措施上來(lái)看，目前關(guān)于中低壓母線(xiàn)的電弧光保護還有很大的進(jìn)步優(yōu)化空間，因為前兩種保護措施保護動(dòng)作時(shí)間，也就是對故障電流的總切除時(shí)間肯定超過(guò)了100ms，反應保護時(shí)間太長(cháng)，所起到的保護作用很??；后一種保護措施雖然反應保護時(shí)間在規定的理想范圍之內，但是其保護范圍卻又受到CT安裝位置的限制，所以不僅安裝不方便，而且在保護時(shí)并不能延展其保護范圍，材料成本比較高。

3電弧光保護裝置的實(shí)施方案和裝置的安裝

      在煤礦行業(yè)中，對于其開(kāi)關(guān)柜中電弧光保護裝置的技術(shù)方案，需要結合不同煤礦的特點(diǎn)，尤其是煤礦開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)保護的現狀、各自母線(xiàn)故障發(fā)生的規律以及各個(gè)煤礦的負荷來(lái)制訂，使得電弧光保護裝置可以滿(mǎn)足煤礦配電網(wǎng)的運行特點(diǎn)，然后再進(jìn)行有效的計算分析。

      下面結合A煤礦技術(shù)實(shí)施方案對電弧光保護裝置的實(shí)施進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。在該方案中，電弧光保護裝置安裝在6kV進(jìn)線(xiàn)柜中，每一臺裝置采集所在進(jìn)線(xiàn)柜的三相電流和跳閘信號，主要對進(jìn)線(xiàn)柜進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和相鄰的母聯(lián)開(kāi)關(guān)信號進(jìn)行采集。同時(shí)，電弧光光纖傳感器安裝在每一個(gè)開(kāi)關(guān)柜的母線(xiàn)室壁上，目的是對母線(xiàn)系統，包括主母線(xiàn)和各條分支母線(xiàn)進(jìn)行監督控制，及時(shí)發(fā)現母線(xiàn)系統運行中存在的問(wèn)題并加以解決。此外，監控系統的設置主要利用的是以太網(wǎng)。在該技術(shù)方案中，電弧光保護裝置可完成信息的采集、計算和顯示、通訊以及跳閘、保護和異常信號檢測等，可以進(jìn)行靈活的插件選配，根據應用需要形成電弧光保護系統。其中，光纖傳感器除了可以進(jìn)行電流信號遠距離傳輸和采集之外，還可以作為光感應元件，當電弧光由于光照強度過(guò)大而出現故障時(shí)或者在檢測時(shí)出現突然增強的光照時(shí)，便能將模擬信號傳輸給電弧光保護裝置，從而實(shí)現對裝置設備的保護。

4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說(shuō)明

ARB5-弧光主控單元

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數 

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長(cháng)度不能超過(guò)20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現場(chǎng)安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

7結論

       綜上，對現有的電弧光保護措施進(jìn)行了分析研究，主要分析了其保護動(dòng)作反應時(shí)間，發(fā)現現有的保護措施一方面無(wú)法達到理想的動(dòng)作保護時(shí)間，另一方面在保護范圍上也受到多種因素的限制。然后在研究總結傳統過(guò)流型保護和差配合、弧光非電量型保護和差配合兩種保護措施的基礎上，通過(guò)技術(shù)方案的實(shí)施可實(shí)現對煤礦供電系統的保護，降低事故發(fā)生的概率，提高故障分析處理的能力。此外，在對電弧光保護裝置進(jìn)行選擇時(shí)，還需要根據不同煤礦的特點(diǎn)來(lái)研究母線(xiàn)故障的變化規律，從而使得所設置的電弧光保護措施能更加符合煤礦電網(wǎng)系統的實(shí)際需要。

參考文獻：

［1］王敬.煤礦高壓開(kāi)關(guān)柜中電弧光保護裝置的應用[J].2095- 0802- (2018)11- 0146- 02

［2］ 楊益民，關(guān)芳.電弧光保護系統在中低壓開(kāi)關(guān)柜中的應用［J］.小水電，2013(3)：27-29.

［3］徐東晟，邱志人.快速滅弧開(kāi)關(guān)在中壓開(kāi)關(guān)柜上的應用［J］.科技與企業(yè)，2012(24)：373.

［4］劉明明，配電開(kāi)關(guān)柜短路燃弧故障保護系統研究與應用［D］.福州：福州大學(xué)，2013[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5（版）.