煤矿井下供电系统短路保护方法浅析

摘要：煤矿井下生产危险性强，若发生供电短路事故，不仅会导致生产停止、设备受损，甚至有可能会引发粉尘爆炸、瓦斯爆炸等。我国反观数十年来我国煤矿生产历史，不难发现，短路是发生率较高且危险性较大的故障，井下短路会导致井下供电网络的总阻抗大幅度降低，同时导致短路电流激增，最大可达数万安培，强大短路电流产生高热量，直接致使设备烧坏或者原有绝缘结构烧毁，在强大电流的作用下，还会产生较大的电动力，导致设备变形。近几年，我国煤矿生产逐步朝着深、复杂、危险的方向不断发展，因此预防煤矿井下供电网络出现短路现象，就成为了当前需要重视的首要问题。

关键词：煤矿井下；供电系统；短路保护方法 引言

矿井的工作环境都比较恶劣，空间狭小，空气潮湿，涌水量一般都较大，另外高浓度的瓦斯还存在着爆炸的危险。对于采掘工作面的机械设备来讲，其电气设备部分负荷变化大，启动和运行过程都可能造成短路故障，进一步造成电气设备严重破坏的安全事故。因此做好井下供电系统的短路故障原因分析，并有针对性地提出短路保护措施是非常有必要的。 1煤矿井下低压供电系统存在的主要问题

煤矿井下低压供电系统在实际工作的过程中，会产生漏电以及过电流的情况，这样会产生触电以及火灾等危害，对工作人员安全造成了很大的威胁。漏电便是，如果导线以及电气设备的绝缘层遭到了相应的破坏，会使电源与大地之间产生回路，并产生电流流过的情况。其中经常产生的漏电故障有集中性以及分散性漏电。过电流一般为电缆以及电气设备当中电流大于额定数值，其中最常见的便是断相、短路以及负荷问题。这些情况以及问题都会井下低压供电系统的运行发生异常，威胁了工作人员的生命安全，所以针对问题需要给予高度的重视。

2煤矿井下供电系统短路保护方法 2.1电子式综合保护装置

随着科技不断发展，井下供电系统短路保护元件在体积、功能、灵敏度等方面都取得了长足发展，一个电子式综合保护装置能起到以往多个元件的功能，例如断相、过负荷、短路保护、漏电闭锁等，并且能在很大程度上节省空间、提高安全系数。例如井下供电系统使用的矿用隔爆兼本安型真空电磁起动器（型号DQZBH-/1140）中的电子过流保护装置，其具备断相、短路保护、过负荷保护和分断短路电流的功能，短路保护整定保护范围值为640A～3200A。一般而言，传统的短路保护装置在整定保护值确定方面存在一定的不足，如DQZBH-/1140电子过流保护装置、JDB-120、225A型电动机综合保护器、DWKB30系列等。此外，其短路保护动作反应时间较长，可靠性也存在缺陷，特别是馈电线路的短路保护。若要最大限度地保护供电线路的安全，在设置保护装置整定值时就应该按照保护线路末端的最小短路电流来确定，其势必要求降低保护装置的整定值，而井下大型器械启动电流往往较大，这容易引起保护装置的误判而产生错误的反应动作。在大型机械启动时，如果保护装置要躲过启动电流，则整定值设置必须足够大，但这又会降低保护装置的灵敏度，同时达不到保护供电线路全长的目的。

2.2热继电器

热继电器是井下供电系统常用的短路保护措施，使用多的热继电器系列有JR0、JR9、JR15、JR16。此外，限流热继电器也是井下常用的短路保护元件，例如JR4、JR9系列，其不仅具有短路保护功能，还具有隔爆防磁干扰的功能。此类限流热继电器元件通常由两部分组成，即热元件和电磁元件，能同时起到短路和过负荷保护作用。JR16系列热继电器的特点是具有差动导板，属于二相保护热继电器，因此除具备过负荷保护之外，还能起到断相保护的作用。JR0、JR15与上述热继电器相同，都具备过负荷保护作用，但其缺乏短路保护的功能，应用中需要在其线路之前加熔断器。同时，在JR0、JR15系列热继电器应用中，如果整定合理，也可以作为“Y”形接线电动机断相保护元件。 2.3EtherCAT分站技术 （1）EtherCAT分站结构

这里以某矿区综采面6kV的主回路为例，如图1所示，该综采面的网络结构主要由

EtherCAT分站、光纤网络、通讯结构、高压综合保护装置构成。其中，EtherCAT分站是整个控制网络的核心，支持光纤联锁、EtherCAT两种不同的信息传输方式，且光纤联锁网络和EtherCAT为协同工作的状态，网络通讯可靠性较高。

图1 某煤矿综采面6kV主回路EtherCAT网络结构

EtherCAT为基于“以太网”的现场总线系统，系统构建参照IEC67850规范，且具备高精度同步时钟系统，支持供电网络中各种电气保护装置的同步采样。EtherCAT结构由主站、从站构成，且主站、从站为协同运行的工作模式。数据传播方式和传统以太网不同，数据从主站出发，然后传送至各个分站，分站在接收到数据后，又把数据信息插入到相关的以太网帧，逐级传递，最后返回主站，在这个过程中，省略了传统以太网信息传输的编码、解码过程，提高了通信效率。经过测试，EtherCAT结果下，信息传输的延迟仅仅为15纳秒。并且，EtherCAT整合了光纤联锁技术，传输信号为数字信号，网络中带有再生中继器，可将信息脉冲生成为完整脉冲，系统运作体现出较高的可靠性。 （2）短路保护技术原理

在整个EtherCAT技术体系中，假设K3为生产第二变电所在运作过程中发生故障的故障点，那么EtherCAT的保护原理为：在发生故障的情况下（K3），QF2、QF31、QF1可同时监测到EtherCAT网络体系中的故障电流，确认故障后，综合保护装置自动实现保护功能，同时QF31向EtherCAT网络体系中的分站1发送请求信号，在分站接收到信号之后，又实现和QF2之间的联锁，同时发送安全报告信息，EtherCAT网络体系中的分站2接收到报告后，发出联锁信号，QF1在接收到联锁信号后向分站1发送请求跳闸的信号。分站3、分站2协同够工作，分站2发送故障信息至分站3，分站三控制QF2禁止跳闸，同时分站1控制QF1禁止跳闸，而后后备保护功能启动，即“QF1延时2T2、QF2延时T2”，因QF31不再联锁的范围内以及禁止动作的范围内，所以T1延时完成后，主动切除故障，而后QF2在T2延时到期后，主动切除故障。EtherCAT分站通过综合应用两种通讯方式，可大幅度提高通讯的可靠性、实时性，系统不仅仅能够保证井下短路保护可选择，同时可快速的锁定故障范围，避免一处出现短路故障，引发多处开关的跳闸，且EtherCAT分站还具有并入信息化监控系统的基础。 结语

总之，对于传统短路电流保护方式，尽管有着一定的优点但存在的缺点也比较突出，因为机械化水平的不断提升，提升了井下的设备功率，增加了很多的供电系统线路，所以传统

的保护方法已经不能适应现在的发展趋势，会产生判断失误的情况。现在，对于相敏保护的应用，可对保护的灵敏度进行提升，并提升可靠性，为工作人员创造了安全的工作环境。 参考文献：

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