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摘要
在煤礦高壓開關(guan) 櫃運行中，由於(yu) 受到多種因素的幹擾，中低壓母線發生故障的概率較高，在中低壓母線裝設中又沒有設置專(zhuan) 門的保護，所以開關(guan) 櫃電弧光短路等問題時有發生，對變壓器等設備造成一定的損害。鑒於(yu) 此，對電弧光對開關(guan) 櫃和供電係統造成的損害進行了分析，並對煤礦高壓開關(guan) 櫃電弧光保護裝置設計與(yu) 應用進行了探討。
高壓開關(guan) 櫃主要應用於(yu) 電網電站中，但隨著社會(hui) 經濟和科學技術的發展，高壓開關(guan) 櫃的應用範圍得到了很大的拓展。在中國煤礦電網容量不斷，中低壓配電係統規模擴大的情形下，高壓開關(guan) 櫃在煤礦行業(ye) 中得到了有效應用。
由於(yu) 中國煤礦電網容量的，中低壓配電係統規模也得到了一定的擴大，但是由於(yu) 中低壓母線操作頻繁，加上人為(wei) 操作不當的因素，設備磨損嚴(yan) 重，母線出現故障的概率比較大。另外，因為(wei) 一般不對中低壓的母線設置保護裝置，所以在切除故障電流上所用的時間較長，使得設備被損壞的程度較大，給煤礦企業(ye) 造成一定的經濟損失。因此，一定要注意煤礦開關(guan)
櫃中電弧光保護裝置的設置，以免影響母線的運行，降低事故發生的概率。
關(guan) 於(yu) 電弧光的參數，可以從(cong) 功率、溫度、電壓和光照強度幾個(ge) 方麵來分析。首先在功率上，電弧光在產(chan) 生的過程中，其可以達到的大瞬時功率為(wei) 40MW。整個(ge) 弧光生成中設備內(nei) 部的溫度可以達到1×104℃～2×104℃，而在產(chan) 生和結束的瞬間，其溫度可以達到4500℃。此外，弧光的大電壓可以達到500V～1000V，弧光的光照強度可達正常光照強度的2000倍。
從(cong) 電弧光的參數來看，其溫度、電壓和光照強度都超出正常範圍，尤其是在電弧光的溫度上，其溫度是太陽溫度的2倍，這麽(me) 高的溫度會(hui) 使得接線銅排、鋁排等融化損壞，引起電纜和電纜包覆層著火。同時，過大的壓強可能會(hui) 導致開關(guan) 設備爆炸，從(cong) 而產(chan) 生大量有害氣體(ti) ，威脅人體(ti) 健康。另外，在壓力過大和溫度過高的環境下，事故頻發，人員傷(shang) 亡概率提升。在煤礦行業(ye) ，由於(yu) 大部分作業(ye) 是在井下環境中進行，工作環境十分惡劣，溫度高且本身就有有害氣體(ti) 的存在，如果由於(yu) 電弧光溫度和電壓、功率導致設備出現故障或者爆炸事故，便會(hui) 提高作業(ye) 的危險性，使人員和設備材料受到損害，給煤礦企業(ye) 帶來經濟損失。
關(guan) 於(yu) 設備內(nei) 部電弧光出現的故障問題，隨著研究的深入和技術的發展，研究人員發現出現故障的原因除了有電磁效應外，還有聲波、光熱效應和壓力等的影響。所以近幾年來中國根據故障原因分析結果，研究開發了不同故障引起的電弧光檢測保護裝置，通過電弧光檢測，有效解決(jue) 了過去電弧光保護反應時間太長的問題。電弧光保護裝置在煤礦行業(ye) 高壓開關(guan) 櫃中的應用，主要是在開關(guan) 櫃不同的單元中設置壓力傳(chuan) 感器，這樣通過壓力檢測可以及時發現設備中的故障問題，然後使故障電流供電的斷路器跳閘，避免故障電流流通；有的是根據電弧
光的溫度熱量效應，設置了符合電弧光特性和運作機理的繼電器，像金屬絲(si) 電弧光繼電器，就被廣泛應用到煤礦高壓開關(guan) 櫃中；有的是利用電弧光產(chan) 生的電磁能量設置相應的保護裝置，例如單向電流電弧保護裝置、電弧接地保護裝置等；有的則是利用電弧光的聲波、光照和壓力效應以及電流組合來設置相應的保護裝置，對設備進行保護；還有的通過對絕緣失效的早期信號進行檢測並設置保護裝置，可以通過檢測高壓開關(guan) 櫃中臭氧的體(ti) 積分數來采取相應的保護措施。在中國傳(chuan) 感器的研究開發上，針對電弧光參數和危害所形成的光纖傳(chuan) 感器是一種有效的保護裝置，該裝置具有抗電磁幹擾能力強、電絕緣性好和靈敏度高的特點，對信號具有很強的敏感反應能力和傳(chuan) 輸作用。尤其是在煤礦行業(ye) ，在中低壓環境中，受到外界複雜環境因素的影響，開關(guan) 櫃受到的電弧光電磁能量幹擾很強，而光纖傳(chuan) 感器則能憑借其抗電磁能力高和電絕緣性能好的優(you) 點顯示出的應用優(you) 勢，不僅(jin) 可以對電弧光進行有效檢測，還可以對整個(ge) 煤礦電網係統起到有效的電弧光保護作用。
電弧光對內(nei) 部係統造成的故障損害程度主要與(yu) 故障發生時係統對故障的敏感性和反應能力有關(guan) 。也就是說，電弧光故障電流能否被及時切斷關(guan) 係著電弧光引起的故障對整個(ge) 係統的損害程度。一般來說，隻有總的切除時間在85ms及以下時才能使設備不受到損害，而超過這一特定值就可能會(hui) 對設備造成損害，尤其當整體(ti) 切除時間超過100ms之後，便會(hui) 對設備造成很大程度的損壞。為(wei) 了避免中低壓母線受到損害，進而影響內(nei) 部設備係統的正常運行，目前主要采取的保護措施如下：
a)設置電弧光變壓器後背過流保護措施，一般規定的保護反應時間為(wei) 1.2s～1.4s；
b)設置饋線速斷保護閉鎖的變壓器後背過流保護措施，該保護措施對電弧光故障電流的保護反應時間為(wei) 300ms～400ms；
c)設置高阻抗保護措施，對故障電流的保護反應時間在35ms～60ms之間。從(cong) 這些保護措施上來看，目前關(guan) 於(yu) 中低壓母線的電弧光保護還有很大的進步優(you) 化空間，因為(wei) 前兩(liang) 種保護措施保護動作時間，也就是對故障電流的總切除時間肯定超過了100ms，反應保護時間太長，所起到的保護作用很小；後一種保護措施雖然反應保護時間在規定的理想範圍之內(nei) ，但是其保護範圍卻又受到CT安裝位置的限製，所以不僅(jin) 安裝不方便，而且在保護時並不能延展其保護範圍，材料成本比較高。
在煤礦行業(ye) 中，對於(yu) 其開關(guan) 櫃中電弧光保護裝置的技術方案，需要結合不同煤礦的特點，尤其是煤礦開關(guan) 櫃母線保護的現狀、各自母線故障發生的規律以及各個(ge) 煤礦的負荷來製訂，使得電弧光保護裝置可以滿足煤礦配電網的運行特點，然後再進行有效的計算分析。
下麵結合A煤礦技術實施方案對電弧光保護裝置的實施進行簡要探討。在該方案中，電弧光保護裝置安裝在6kV進線櫃中，每一台裝置采集所在進線櫃的三相電流和跳閘信號，主要對進線櫃進線開關(guan) 和相鄰的母聯開關(guan) 信號進行采集。同時，電弧光光纖傳(chuan) 感器安裝在每一個(ge) 開關(guan) 櫃的母線室壁上，目的是對母線係統，包括主母線和各條分支母線進行監督控製，及時發現母線係統運行中存在的問題並加以解決(jue) 。此外，監控係統的設置主要利用的是以太網。在該技術方案中，電弧光保護裝置可完成信息的采集、計算和顯示、通訊以及跳閘、保護和異常信號檢測等，可以進行靈活的插件選配，根據應用需要形成電弧光保護係統。其中，光纖傳(chuan) 感器除了可以進行電流信號遠距離傳(chuan) 輸和采集之外，還可以作為(wei) 光感應元件，當電弧光由於(yu) 光照強度過大而出現故障時或者在檢測時出現突然增強的光照時，便能將模擬信號傳(chuan) 輸給電弧光保護裝置，從(cong) 而實現對裝置設備的保護。
綜上，對取得過的電弧光保護措施進行了分析研究，主要分析了其保護動作反應時間，發現取得過的保護措施一方麵無法達到理想的動作保護時間，另一方麵在保護範圍上也受到多種因素的限製。然後在研究總結傳(chuan) 統過流型保護和差配合、弧光非電量型保護和差配合兩(liang) 種保護措施的基礎上，通過技術方案的實施可實現對煤礦供電係統的保護，降低事故發生的概率，提高故障分析處理的能力。此外，在對電弧光保護裝置進行選擇時，還需要根據不同煤礦的特點來研究母線故障的變化規律，從(cong) 而使得所設置的電弧光保護措施能更加符合煤礦電網係統的實際需要。
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