天地（常州）自动化股份有限公司 高 瑶 王美宝



矿用高低压配电装置失压延时保护研究

天地（常州）自动化股份有限公司 高 瑶 王美宝

【摘要】针对矿用供电系统电压波动大幅度波动和短时间停电，结合矿用高低压配电装置现状，设计了高低压开关失延时保护，介绍了该模块后备电源原理和维持电路原理。测试结果表明，该设计能满足现场运行的要求。

【关键词】煤矿；失压延时保护；高低压配电装置

1　引言

电力是现代煤炭工业的主要动力，在煤炭生产中有重要的地位。由于煤炭生产中存在着各种自然灾害，而这些灾害的预防、预报和排除，也直接或间接取决于矿山的供电是否正常。供电的可靠性不仅影响矿井产量，设备损坏，甚至发生人身事故等重大事故。

随着煤矿产能要求越来越高，设备功率的提升，以及煤矿特定的环境等原因，很容易造成供电电压大幅度波动和瞬间停电，比如：1)采煤机、刮板机等一些大功率的负载在运行过程中，功率因数普遍较低且无功功率变化量大，会引起电压幅值大幅度快速变动。大型电动机的直接启动很容易引起电压降落，尤其直接启动时，启动电流很大，将会给电网带来很大的电压降。[2]2)矿井空气潮湿，有的电气设备附近有积水，易发生短路故障。短路故障除造成跳闸外，还会在故障线路跳闸之前引起系统短时低电压，即产生低电压闪变，有可能致使母线电压瞬时降到20％～40％。[2]3)备用电源自动切换、PT 断线等。以上情况都是造成线路电压大幅度波动和瞬间停电，但线路瞬间失压后又马上能回复到正常电压，这种情况下怎样维持高低压供电设备不动作，怎样避开假失压。对此，本方案采用延时的失压保护装置，以躲过假失压的情况，使失压保护装置更加可靠。

图2

2.1.3保护器识别假失压原理

基于PQR理论算法比较假失压与真失压区别，判断假失压状态，输出分闸节点，从而实现失压保护[1]，如图3所示。

2.2低压馈电开关

同高压系统原理相同，区别在于目前煤矿井下1140V低压馈电开关

图1

2　原理

2.1高压配电开关

目前煤矿井下的10KV高压开关大多采用永磁断路器，许多厂家已经断路器控制器集成了内配合电容失压延时跳闸功能，线路电压大幅度波动和瞬间间停电后，如果保护器没有发出分闸指令，断路器自身能维持8S断路器不分闸。这样失压后保护器电源至少需要维持10S以上，本系统采用锂电池后备电源处理，维持保护器电源，在通过保护器识别假失电，从而避免假失压跳电现象。

2.1.1后备电源原理

电池充电电路是选用MC33341芯片设计电池充电原理，如图1所示。

2.1.2电池放电切换电路

后备电池与主开关电源切换电路选用LM393比较器实时比较电池电压IP16与+24V，当电路供电正常是+24V大于IP16点电压，Q1闭合，GND与GNDO相连，输出正常24V电压，如果系统失压，+24V丢失，IP16电池电压大于正常供电电压，Q1断开，电池电压输出。电路原理如图2所示。大多数使用失压线圈的失压脱扣来实现失压保护，但当失压脱扣线圈在线电压降低到65％左右时，低压断路器自动跳闸，使得一下供电线路失电，本系统利用充放电原理，在系统失压时，能维持失压脱扣线圈保持8s不跳闸，再通过保护器识别假失电，从而解决假失压跳闸。

图3

失压维持原理：由于高压采用永磁机构，断路器自身可以实现系统失压时，维持8s不跳闸，而矿用低压开关不具有此功能，本系统利用电容充放电原理实现失压维持断路器不跳闸，原理如图4所示。

图4

当系统供电正常时，K4吸合，电路通过D2整流给C1充电，当系统出现大范围波动或失去时，K4掉电，通过C1放电维持失压线圈得电，维持断路器合闸状态。

RC时间常数的选择：经过公式Vc(t)=Vs*e-1/RC，取得R2=8K；C=1000UF；经试验验证维持时间大于8s。[4]

3　结语

矿用供电设备要求安全可靠，大范围电压波动给煤矿生产和安全带来隐患，本系统通过电容充放电原理、PQR理论、增加后备电源等措施分析判断假失压，解决煤矿电压大范围波动和失压所带来的危害，并且能够满足现场运行的要求。

参考文献

[1]周林,吴红春,孟婧,徐会亮,马永强.电压暂降分析方法研究[J].高电压技术,2008(05).

[2]柳从.煤矿井下高压供电系统失压保护技术的研究[J].煤矿机电,2015(1).

[3]宋红卫,陈和权.高压防爆开关综合保护器设计及抗干扰研究[J].工矿自动化,2010(8).

[4]张廷锋,许少衡.一种基于电容充放电的时间间隔测量方法[J].国外电子测量技术,2011(11).

高瑶（1989—），男，陕西榆林人，学士，助理工程师，现主要从事煤矿电气产品的设计与开发工作。

作者简介：