關于礦井低壓供電的漏電保護方案概述

關于礦井低壓供電的漏電保護方案概述

(浙江巨磁智能技術有限公司 Magtron Lennon)

一、井下供電網絡：

井下供電系統由地面變電所、井下中央變電所、采區變電所、防爆移動變電所、采用變電點以及彼此間的電纜線組成。

其中，地面變電所(6KV/10KV)是全礦供電的總樞紐，擔負受電、變電、配電任務。井下泵房中央變電所是井下的中心，其任務是向采區變電所、整流變電所、主排水泵及井底車場附近負荷供電。采區變電所是采區變、配電中心，任務是采區負荷及巷道掘進負荷供電。工業面配電點是采掘工作面及其附近巷道的配電中心，向工作面及附近負荷供電。

圖 1 礦井供電流程

二、井下供電系統分類

1、中性點直接接地系統

此系統也被稱為大接地電流系統。這種系統中一相接地時，出現除中性點以外的另一個接地點，構成了短路回路，接地故障相電流很大，為了防止設備損壞，必須迅速切斷電源，因而供電可靠性低，易發生停電事故。但這種系統上發生單相接地故障時，由于系統中性點的鉗位作用，使非故障相的對地電壓不會有明顯的上升，因而對系統絕緣是有利的。

圖 2  中性點直接接地系統

2、中性點不直接接地系統

這是我國特有電力系統，方式主要有三種：即不接地、經消弧線圈接地和直接接地。電力系統中性點運行方式有不接地、經電阻接地、經消弧線圈接地或直接接地等多種。在中性點不接地的三相系統中，當一相發生接地時：一是未接地兩相的對地電壓升高到√3倍，即等于線電壓，所以，這種系統中，相對地的絕緣水平應根據線電壓來設計。

這主要是因為這樣做具有下述優越性：一是正常供電情況下能維持相線的對地電壓不變，從而可向外(對負載)提供220/380V這兩種不同的電壓，以滿足單相220V（如電燈、電熱）及三相380V（如電動機）不同的用電需要。

圖 3 中性點不直接接地

在礦井作業系統中，我國主要采用中性點不直接接地系統，該系統具有較大的零序阻抗值，普遍比其它阻抗值高，所以當井下發生漏電或電路短路故障時，產生的電流較小，不易造成較大危害。

三、井下漏電的危害

1.   瓦斯爆炸

瓦斯是一種易燃氣體。其爆炸有一定的濃度范圍，大約界限為5%～16%。

當瓦斯濃度低于5%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯濃度為9.5%時，其爆炸威力最大；瓦斯濃度在16%以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。

不過其爆炸界限并不是恒定的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。

當礦井電纜絕緣層被破壞，會產生漏電流。由于瓦斯被點燃所需要的能量很低，如果漏電產生的電弧擊穿空氣，就會將其引燃。

圖 4 瓦斯爆照事故

2.   雷管引爆

雷管是一種爆破工程的主要起爆材料，它的作用是產生起爆能來引爆各種炸藥及導爆索、傳爆管。其分為火雷管和電雷管兩種。煤礦井下均采用電雷管。電雷管分為瞬發電雷管和延期電雷管。延期電雷管又分為秒延期電雷管和毫秒延期電雷管。

電氣雷管在煤礦開采中有廣泛應用，漏電可能會引爆電氣雷管，導致安全事故的發生。如果電氣雷管被引爆，就意味著有極高的電流，高于人體安全電流，如果流經人體，對生命安全也有極大影響。

圖 5 電氣雷管控制箱

四、漏電保護的選擇性

當發生漏電故障時，漏電保護器的選擇性保護主要體現在兩個方面：

1. 縱向選擇性

指井下發生漏電故障的問題線路被漏電保護系統發現并被切斷，同時使正常線路正常運行。其工作原理見圖2，A、B1、B2、C1、C2、C3、C4中均裝有漏電保護裝置。A、B1、B2是饋電開關，C1、C2、C3、C4是磁力啟動器，K1、K2是漏電故障點。假如漏電故障在點K1發生，這時，C4元件中的選擇性漏電保護器將會做出反應，使漏電點從整體電路上切除。而饋電開關B2中的選擇性漏電保護器不產生作用，整體上可以使故障部分被切除，但是正常部分仍然保持正常運行。

圖 6 選擇保護性原理

2. 橫向選擇

指的是漏電故障所處支路僅被漏電保護系統切斷，同時使其它正常的支路正常運行，如圖2，漏電保護裝置位于A、B、C點上。當某點如K1存在漏電故障時，該漏電保護系統的磁力啟動器C4或分支饋電開關B2中的選擇型漏電保護器對漏電故障做出反應，切斷發生漏電故障點K1的支路，其余裝置無反應。在當前技術下，上述的縱向選擇性需要依靠延遲時間，也就是從負荷端到電源端方向上，逐級延時每個漏電保護裝置。當其中一處發生故障時，附近的漏電保護裝置能迅速反應，負荷端離漏電故障處較近時，因為離負荷端較近的漏電保護器及時反應并切除故障部分，由于該裝置特有的延時性，當故障線路被切除后，它又回到初始位置，從而達到保護的目的。漏電故障可以運用選擇性漏電保護理論來解決，這會大大提高井下生產效率。

五、漏電保護方案

1.   漏電流保護器

GB3836-3增安型《爆照性氣體環境用電氣設備》中指出：在礦井下的TT或TN系統中，

建議采用額定漏電(剩余)動作電流不超過300 mA的漏電流保護器。建議優先選擇額定漏電動作電流為30mA的保護器。該保護器在漏電動作電流時最大斷開時間不超過5 s，并且在5倍額定漏電動作電流時不超過0.15 s。

2.   附加直流電源保護系統

附加的直流電源Uz通過由三相電抗器SK流入三相電網，通過對地絕緣電阻，形成直流通路。三相電抗器通過星形連接，形成人為的中性點。直流電流Iz首先經過附加的直流電源正極流入大地，通過大地的絕緣電阻ra、rb、rc。進入到三相電網當中，在流經三相電抗器SK、零序電抗器LK、千歐表直流毫安表），最后經過直流繼電器返回附加電源的負極，形成一條通路。

圖 7 附加直流電源法結構

3.   智能漏電保護系統

選擇性漏電保護系統，屬于低壓電網保護系統的一種。該系統吸取了其他漏電保護的優點，使旁路接地的安全性、在線監測絕緣電阻的特點、直流監測的全面性和以及零序電流方向的選擇性等有機的結合起來，形成有效的漏電保護系統。該系統由帶重合閘的饋電開關、磁力啟動器與直流檢測式漏電保護、閉鎖、延時插件等組成，不論任何地方發生任何性質的漏電故障或人身觸電事故，設在總開關處的直流檢測式漏電保護使總開關斷電，所有開關、磁力啟動器均因失壓斷電，經過大約 0.5s 的延時，各處漏電閉鎖啟動，選擇性的尋找漏電點，并將故障支路的開關或磁力啟動器閉鎖，之后總開關閉合并向為閉鎖的電路供電。

圖 8 系統結構圖

六、結語

煤炭仍然作為最主要的能源，煤炭開采具有高危險性，因此選擇正確的漏電保護裝置是保證工作人員安全和生產正常進行的重要保障。隨著煤礦開采的深度下延，對安全用電提出了更高的標準。 對于各種漏電原因要進行測試研究，同時結合供電系統的各項優化原理。 當前，解決礦井下漏電行為是迫在眉睫的任務。