安文 徐鹏 王益（新汶矿业集团公司协庄煤矿 山东 新泰 271221）

0 前言

在煤矿供电中，由于井下电气设备所处的环境恶劣，设备易受潮、绝缘自然老化、机械损伤及过电压击穿、人为的误操作等原因，都极易引起供电线路及设备缺相或短路，如不及时切除故障线路或设备，往往造成严重事故，因此，在出现短路及断相事故时，应立即切除故障线路及设备，以防事故蔓延。目前，这种故障状态的保护是靠过流保护来实现的，其过流保护动作值是按躲过最大容量电机的起动电流及其它同时运行设备额定电流之和为依据进行保护整定，此种整定方式在供电线路短路电流较大时，较容易满足过电流保护灵敏度及电机起动电流的要求。但目前使用的电机，其起动电流很大（可达额定电流的6-10倍），与线路发生短路故障时的电流相接近，因而使短路时电流值的整定发生困难，有的保护装置将短路电流的整定值设定为电机额定电流的10倍以躲开起动电流，这样当起动电流较大时，不能分辨出是发生了三相短路还是电机正常起动，容易发生误动作。也有些保护装置利用延时几秒钟的方法，以躲开正常起动过程，这样也是不妥的，因为当起动过程中正好发生短路故障时，无法对故障线路进行保护。为此需要研究一种新型保护装置，克服上述保护装置的缺点，达到安全供电的目的。

1 相敏保护原理

通过分析供电线路及设备在短路及断相状态下电流和电压的相位变化，可发现其相位与电气设备正常运行或电机的起动时相位有明显改变，在故障状态下，总有一相或几相电流的相位和电压的相位差趋于零或超前。而在电机起动时，电流相位总是滞后电压，且比正常运行时相位差增大，利用此特点即可区分出供电线路或设备过电流是由于大容量电机起动，还是非正常状态造成的过电流。即使是较小的短路电流和断相电流也可以明显区分，从而减小过电流的整定动作值，提高过电流保护的灵敏度。根据此原理，设计出由电流和电压相位差实现过电流保护功能的相敏过电流保护装置。

相敏保护的实现

供电线路或设备经电流互感器及I-V转换电路，将电流信号转换成和电流成一定比例的电压信号V，该信号经移相、整形电路形成和电流相位一致的方波信号。电流和电压方波信号送入信号比较电路，该电路在电压相位超前电流相位时，输出和电流与电压相差一致的方波信号，而当电流相位超前电压相位时，该电路不输出信号，而是利用信号比较电路判断出电流和电压的相位差，区别出是由于大容量电机起动还是短路、断相造成的过电流。通过相位整定电路，可以调整电流和电压相位差的动作范围。同时，通过电流整定回路可调整过电流的最大动作值，以保证供电线路或设备超过此整定值时能快速跳闸。

2 应用效果

投用相敏保护后，短路保护整定值能比按《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》整定的短路保护整定值降低40%，可以大大提高可靠动作系数，从而实现煤矿井下长距离供电的安全保护。

以我矿2206E综采工作面为例，乳化泵站配电点安置在二采一片口皮带检修通道处，工作面煤机、溜子的供电距离长达1100米，为保证435kW煤机正常工作，满足短路继电保护整定校验，630A馈电开关的过载保护整定为540A，短路保护整定为1890A，为满足灵敏度校验的要求，需使用4根1100米95mm2千伏级电缆（煤机两根，面溜子两根）。而采用相敏保护技术后，可大大降低短路保护整定值，由原来的1890A改为1350A，这样在使用两根1100米95mm2千伏级电缆（煤机一根，面溜子一根）的情况下，即可满足要求。由此可节省95mm2千伏级电缆1100米×2=2200米。

按每米300元计算，节省电缆费用：

3 结语

今后煤矿回采工作面的走向长度越来越长，装机功率越来越大，供电距离越来越长，采用相敏保护技术可以节约大量的供电电缆，为煤矿创造更大的经济效益。