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安科瑞電氣股份有限公司
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安科瑞弧光保護裝置助力煤礦高壓開關(guān)柜的可靠供電

時間:2023/1/3閱讀:642
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摘要

       在煤礦高壓開關(guān)柜運行中,由于受到多種因素的干擾,中低壓母線發(fā)生故障的概率較高,在中低壓母線裝設(shè)中又沒有設(shè)置專門的保護,所以開關(guān)柜電弧光短路等問題時有發(fā)生,對變壓器等設(shè)備造成一定的損害。鑒于此,對電弧光對開關(guān)柜和供電系統(tǒng)造成的損害進行了分析,并對煤礦高壓開關(guān)柜電弧光保護裝置設(shè)計與應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞煤礦;高壓開關(guān)柜;電弧光保護;保護措施
0引言
       高壓開關(guān)柜主要應(yīng)用于電網(wǎng)電站中,但隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展,高壓開關(guān)柜的應(yīng)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(tǒng)規(guī)模擴大的情形下,高壓開關(guān)柜在煤礦行業(yè)中得到了有效應(yīng)用。
由于中國煤礦電網(wǎng)容量的,中低壓配電系統(tǒng)規(guī)模也得到了一定的擴大,但是由于中低壓母線操作頻繁,加上人為操作不當?shù)囊蛩?,設(shè)備磨損嚴重,母線出現(xiàn)故障的概率比較大。另外,因為一般不對中低壓的母線設(shè)置保護裝置,所以在切除故障電流上所用的時間較長,使得設(shè)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,一定要注意煤礦開關(guān)
柜中電弧光保護裝置的設(shè)置,以免影響母線的運行,降低事故發(fā)生的概率。
1電弧光參數(shù)和危害
1.1電弧光的參數(shù)
       關(guān)于電弧光的參數(shù),可以從功率、溫度、電壓和光照強度幾個方面來分析。首先在功率上,電弧光在產(chǎn)生的過程中,其可以達到的大瞬時功率為40MW。整個弧光生成中設(shè)備內(nèi)部的溫度可以達到1×104℃~2×104℃,而在產(chǎn)生和結(jié)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(shù)來看,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,其溫度是太陽溫度的2倍,這么高的溫度會使得接線銅排、鋁排等融化損壞,引起電纜和電纜包覆層著火。同時,過大的壓強可能會導致開關(guān)設(shè)備爆炸,從而產(chǎn)生大量有害氣體,威脅人體健康。另外,在壓力過大和溫度過高的環(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(shè)備出現(xiàn)故障或者爆炸事故,便會提高作業(yè)的危險性,使人員和設(shè)備材料受到損害,給煤礦企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。
2電弧光保護技術(shù)現(xiàn)狀和常用的保護措施
2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
      關(guān)于設(shè)備內(nèi)部電弧光出現(xiàn)的故障問題,隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展,研究人員發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的原因除了有電磁效應(yīng)外,還有聲波、光熱效應(yīng)和壓力等的影響。所以近幾年來中國根據(jù)故障原因分析結(jié)果,研究開發(fā)了不同故障引起的電弧光檢測保護裝置,通過電弧光檢測,有效解決了過去電弧光保護反應(yīng)時間太長的問題。電弧光保護裝置在煤礦行業(yè)高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用,主要是在開關(guān)柜不同的單元中設(shè)置壓力傳感器,這樣通過壓力檢測可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的故障問題,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(jù)電弧
       光的溫度熱量效應(yīng),設(shè)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(yīng)用到煤礦高壓開關(guān)柜中;有的是利用電弧光產(chǎn)生的電磁能量設(shè)置相應(yīng)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(yīng)以及電流組合來設(shè)置相應(yīng)的保護裝置,對設(shè)備進行保護;還有的通過對絕緣失效的早期信號進行檢測并設(shè)置保護裝置,可以通過檢測高壓開關(guān)柜中臭氧的體積分數(shù)來采取相應(yīng)的保護措施。在中國傳感器的研究開發(fā)上,針對電弧光參數(shù)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,對信號具有很強的敏感反應(yīng)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)點顯示出特殊的應(yīng)用優(yōu)勢,不僅可以對電弧光進行有效檢測,還可以對整個煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)起到有效的電弧光保護作用。
2.2中低壓母線常用的電弧光保護措施
       電弧光對內(nèi)部系統(tǒng)造成的故障損害程度主要與故障發(fā)生時系統(tǒng)對故障的敏感性和反應(yīng)能力有關(guān)。也就是說,電弧光故障電流能否被及時切斷關(guān)系著電弧光引起的故障對整個系統(tǒng)的損害程度。一般來說,只有總的切除時間在85ms及以下時才能使設(shè)備不受到損害,而超過這一特定值就可能會對設(shè)備造成損害,尤其當整體切除時間超過100ms之后,便會對設(shè)備造成很大程度的損壞。為了避免中低壓母線受到損害,進而影響內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)的正常運行,目前主要采取的保護措施如下:
a)設(shè)置電弧光變壓器后背過流保護措施,一般規(guī)定的保護反應(yīng)時間為1.2s~1.4s;
b)設(shè)置饋線速斷保護閉鎖的變壓器后背過流保護措施,該保護措施對電弧光故障電流的保護反應(yīng)時間為300ms~400ms;
c)設(shè)置高阻抗保護措施,對故障電流的保護反應(yīng)時間在35ms~60ms之間。從這些保護措施上來看,目前關(guān)于中低壓母線的電弧光保護還有很大的進步優(yōu)化空間,因為前兩種保護措施保護動作時間,也就是對故障電流的總切除時間肯定超過了100ms,反應(yīng)保護時間太長,所起到的保護作用很??;后一種保護措施雖然反應(yīng)保護時間在規(guī)定的理想范圍之內(nèi),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施方案和裝置的安裝
      在煤礦行業(yè)中,對于其開關(guān)柜中電弧光保護裝置的技術(shù)方案,需要結(jié)合不同煤礦的特點,尤其是煤礦開關(guān)柜母線保護的現(xiàn)狀、各自母線故障發(fā)生的規(guī)律以及各個煤礦的負荷來制訂,使得電弧光保護裝置可以滿足煤礦配電網(wǎng)的運行特點,然后再進行有效的計算分析。
      下面結(jié)合A煤礦技術(shù)實施方案對電弧光保護裝置的實施進行簡要探討。在該方案中,電弧光保護裝置安裝在6kV進線柜中,每一臺裝置采集所在進線柜的三相電流和跳閘信號,主要對進線柜進線開關(guān)和相鄰的母聯(lián)開關(guān)信號進行采集。同時,電弧光光纖傳感器安裝在每一個開關(guān)柜的母線室壁上,目的是對母線系統(tǒng),包括主母線和各條分支母線進行監(jiān)督控制,及時發(fā)現(xiàn)母線系統(tǒng)運行中存在的問題并加以解決。此外,監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)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,可以進行靈活的插件選配,根據(jù)應(yīng)用需要形成電弧光保護系統(tǒng)。其中,光纖傳感器除了可以進行電流信號遠距離傳輸和采集之外,還可以作為光感應(yīng)元件,當電弧光由于光照強度過大而出現(xiàn)故障時或者在檢測時出現(xiàn)突然增強的光照時,便能將模擬信號傳輸給電弧光保護裝置,從而實現(xiàn)對裝置設(shè)備的保護。
4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明
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(shù) 
(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(shù)量之和不能大于4。
(3)弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。
(4)如有特殊要求,請?zhí)貏e注明。
 
 
6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝
弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。
7結(jié)論
       綜上,對現(xiàn)有的電弧光保護措施進行了分析研究,主要分析了其保護動作反應(yīng)時間,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的保護措施一方面無法達到理想的動作保護時間,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(jié)傳統(tǒng)過流型保護和差配合、弧光非電量型保護和差配合兩種保護措施的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)方案的實施可實現(xiàn)對煤礦供電系統(tǒng)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行選擇時,還需要根據(jù)不同煤礦的特點來研究母線故障的變化規(guī)律,從而使得所設(shè)置的電弧光保護措施能更加符合煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)的實際需要。
參考文獻:
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