摘要：煤矿井下作业环境复杂，电力系统在运行过程中，容易出现短路、放电、电网电压瞬间波动等现象，进而导致高压开关出现欠电压，发生保护动作。而大多数高压开关都不具备延时保护跳闸功能，此时电力系统便无法正常供电，不利于煤矿井下作业的顺利进行，还存在较大的安全隐患。通过增设延时脱扣保护装置，可以实现对高压开关的改造，确保了保护动作的精准性，可以有效避免误保护动作发生，对于保证煤矿井下正常供电具有重要意义，文章对此进行了详细探讨，具有一定的技术指导作用。
关键词：煤矿；井下高压开关；欠电压保护；改造
对于煤矿井下高压开关来讲，冲击负荷、大型电动机直接启动、供电系统故障、雷电现象等，都容易造成供电系统低电压闪变，使高电压开关发生欠电压保护动作。一般情况下，前两种因素对电力系统造成的影响，要明显弱于后两者，可以通过人为调控来降低对电网的冲击，高压开关发生欠电压保护动作的几率较小。当出现后两种情况时，电力系统线路中会出现较大电流，严重影响了电网的运行稳定性，电网电压很容易小于额定电压的75%，此时，高压开关便会发生欠电压保护动作。通过对高压开关进行改造，能够完善其保护功能，对于确保电网的稳定运行具有重要意义。
1.煤矿井下高压开关欠电压保护装置类型
在对煤矿井下开关进行改造之前，需要先知道常用的欠电压保护装置，为完善、优化高压开关保护功能,提供理论依据。根据高压开关欠电压保护装置特点的不同，可以将其分为两大类，包括机械储能型和永磁型，两类保护装置的组成及连接方式存在较大差异。对于机械储能型欠电压保护装置来讲，时间继电器和电容是其核心元件，在安装该保护装置时，先采用并联方式使a、b两个电容形成一个整体，再与高压开关欠压线圈相连接，在电容a的导线中预留接口，以便接入时间继电器。电力系统稳定运行时，继电器和欠压线圈吸合，预留接点闭合，电容充电[1]。当电压小于额定电压的75%，或者电压中断时，继电器开始计时，欠压线圈运行状态保持不变，电容放电充当电源，直到电压恢复至稳定状态，此时继电器也会终止计时。如果电压异常状态超过设定时间，则继电器会延时断开，与a电容相连接点也断开并释放电能，赋予欠压线圈延时脱扣功能。机械储能型欠电压保护装置构成如图1所示。
对于永磁型欠电压保护装置来讲，电力系统运行正常时，继电器和常闭接点分别处于吸合和断开状态，电容不向分闸继电器提供电能，分闸继电器不发生延时保护动作。当电压小于额定电压的75%，或者电压中断时，继电器和常闭接点状态都发生改变，电容充当电源向分闸继电器供电，分闸线圈吸合，进而实现脱扣延时保护。永磁型欠电压保护装置构成如图2所示。
2.煤矿井下高压开关改造后的工作机制
在完成煤矿井下高压开关改造后，其工作机制会有所改变。首先，当电力系统稳定运行时，延时继电器和直流继电器都处于吸合状态，其中直流继电器中的两个常闭接点断开，此时电容充电。其次，当电力系统电压小于额定电压的75%，或者电压中断时，延时继电器做出响应，电容充当电源，向继电器提供电能，继电器和常闭接点均没有发生变化，仍然处于原来的吸合和断开状态，分闸继电器保护动作[2]。在到达设定的延时时间之前，使电压恢复正常水平，则继电器终止计时，不发生延时保护动作，如果超过设定延时时间，则脱扣装置延时断开，继电器两个常闭接点相连接，电容相分闸继电器提供电能，使分闸线圈吸合，进而实现分闸目的。
3.煤矿井下高压开关改造检验及应用
在了解煤矿井下高压开关欠电压保护装置类型及工作机制后，便可以对其进行改造，增设延时脱扣保护功能。
3.1高压开关改造实验
在对高压开关进行改造设计时，具体实现方式是将以100V的交流电源，与高压开关电压互感器的输出端相连接，然后进行改造试验，确定最佳改造方案。使高压开关正常闭合，首先，当电力系统中没有接入欠电压延时保护装置时，如果电压小于额定电压的75%，高压开关正常断开，没有出现延时动作现象；在增设欠电压延时保护装置后，在电压小于额定电压的75%时，高压开关会根据设定的延时时间发生断开动作。其次，如果没有在电力系统中安装欠电压延时保护装置，在电压中断时，高压开关会立即断开，不出现延时现象；在安装欠电压延时保护装置后，当电压再次发生中断时，高压开关在断开时会出现延时，具体动作时间由预先设定好的延时时间决定[3]。另外，在接入欠电压延时保护装置后，分别使模拟电力系统出现短路、漏电等现象，此时不会对高压开关造成影响，没有发生欠电压延时保护动作，高压开关会立刻断开。
3.2高压开关改造测试
为了验证高压开关改造方案的可行性，以某煤矿为实例，对其进行测试。将欠电压延时保护装置接入到该煤矿中的两个高压开关中，设定延时动作时间为2s，在测试过程中，先使电力系统电压降低至额定电压的10%以下，保持该状态不能超过1min，断开总高压开关，此时，可以发现两个高压开关都会发生延时保护动作，在2s后才会断开[4]。并且，如果总高压开关处于断开状态，在高压开关发生延时保护动作之前，即在设定的2s延时时间内，使电力系统恢复正常运行状态，此时，接入有欠电压延时保护装置的两个高压开关，都能够正常供电，不会发生保护动作。同时，使两个高压开关分别出现短路、漏电等现象，测试欠电压延时保护装置是否会干扰其他保护功能，测试结果表明，两个高压开关都能够正常断开，这是因为欠电压延时保护与其他保护，在电力系统中分属不同单元，彼此之间不会造成相互影响，可以有效避免误保护动作的出现。
2.3高压开关改造效果
测试结果表明，对煤矿井下高压开关进行改造，能够实现欠电压延时保护，确保保护动作的精准性，改善了高压开关不具备延时跳闸的缺点，显著提升了煤矿电力系统供电的可靠性及安全性。通过井上、井下安装、调试和试验，将高压开关改造技术应用于某煤矿企业各矿井中，各矿井电力系统电压小于额定电压的75%，以及出现电压中断现象时，没有再发生保护误动作，均可按照预先设定好的时间长短进行延时保护，电力系统能够始终以较为稳定的状态进行持续性供电，保证了井下作业的顺利进行，大大提高了井下作业安全性。这些都是对高压开关进行技术改造，所呈现出的具体效果，值得大力推广和广泛应用。
结束语：
基于社会能源需求量的不断提高，煤矿开采力度也随之加大，表层煤矿资源越开越稀少，煤矿开采逐渐向地表更深处蔓延，井下作业难度变得越来越大。要向确保井下作业的安全、顺利开展，就需要提供可靠电能，这就需要对电力系统进行高压开关改造，以完善其保护功能，根据电力系统实际运行状态，选择最为合适的保护方式，实现高压开关欠电压瞬时保护和延时保护，将电网波动幅度控制在最小范围，保证电力系统能够持续、稳定供电，避免井下停电事故的发生，进而才能更加安全、顺利、高效的完成井下作业。
参考文献：
[1]芦伟.矿用隔爆型永磁机构高压真空开关欠电压释放保护延时改造[J].华东科技:学术版，2016,（6）：350-350.
[2]杨生元.新型隔爆高压开关失压延时保护电路设计[J].工矿自动化,2013,（11）： 110-112.
[3]席艳丰,张春霞.煤矿井下高压开关改造探讨[J].黑龙江科技信息,2015,(13):75-75.
[4]张胜.矿用隔爆型高压真空配电装置欠电压释放保护装置的功能改进及应用[J].赤子，2012，（4）：235-235.
论文作者:彭中卫
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/17
标签：电压论文; 高压论文; 井下论文; 继电器论文; 煤矿论文; 电力系统论文; 保护装置论文; 《电力设备》2017年第17期论文;