一种矿井低压供电系统的选择性短路保护装置及方法

摘要

本发明公开一种矿井低压供电系统的选择性短路保护装置及方法，总馈电开关输出并接2个延时真空断路器，2个延时真空断路器的输出均并接2路，该2路均分别连接真空接触器，真空接触器均分别串接真空断路器；总馈电开关、延时真空断路器和真空接触器中均分别设有短路保护检测单元；总馈电开关、延时真空断路器和真空断路器并接比较器；短路保护检测单元分别检测到短路故障，断开总馈电开关；若其余的没有检测到，比较器通过对总馈电开关、延时真空断路器和真空断路器线路上参数的比较确定相应的真空断路器所在线路为故障线路，相应的真空接触器发出闭合信号给开关；采用鉴幅鉴相混合式短路保护，提高了灵敏度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低压供电系统的选择性短路保护电路，应用于智能矿用隔爆移动变电站低压供电系统的短路保护，也可应用于其它低压保护系统的短路保护。

背景技术

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。

现有的短路保护方法有：（1）采用短路电流流经熔断器，熔断器因过热熔断，从而断开故障线路的熔断器保护，其缺陷是：切除故障时间较长，仅适用于要求不高的场合。（2）采用短路电流大于脱扣器动作电流使得脱扣器脱扣从而断开故障线路的脱扣器保护，可以迅速切除故障，调整动作电流，但动作时间无法调整。（3）采用短路电流大于继电器动作电流使得开关跳闸从而断开故障线路的继电器保护，动作迅速，可以调整动作时间，但在有直流电源的场所经常采用。(4) 采用短路时故障支路的功率因数变化来判断故障支路从而切除的相敏短路保护，无需考虑启动电流的大小，可解决煤矿井下远距离供电中大电流作为短路信号、短路保护难以满足要求的问题，但仅适用于三相对称用电设备。(5) 采用在电力线路上施加高频信号电压，短路时因回路阻抗变小，高频信号电流增加，信号电压减小甚至消失，从而使开关跳闸切除故障的载频短路保护，经常应用于煤电钻短路保护中。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿井低压供电系统的选择性短路保护装置，使保护效果更为理想。本发明同时还提供该选择性短路保护装置的保护方法，将鉴幅式保护和鉴相式保护相结合起来，提高灵敏度、快速性和可靠性。

本发明矿井低压供电系统的选择性短路保护装置采用的技术方案是：移动变压器的输出串接总馈电开关，总馈电开关的输出并接2个延时真空断路器，2个延时真空断路器的输出均并接2路，该2路均分别连接真空接触器，真空接触器的输出均分别串接真空断路器；总馈电开关、延时真空断路器和真空断路器中均分别设有短路保护检测单元，真空断路器分别通过开关连接电缆接地装置；总馈电开关、延时真空断路器和真空断路器并接比较器。

本发明矿井低压供电系统的选择性短路保护方法采用的技术方案是具有如下步骤：当延时真空断路器输出线上的故障端点出现故障时，相应的短路保护检测单元分别检测到短路故障，若其余的短路保护检测单元也检测到短路故障，则断开总馈电开关；若其余的短路保护检测单元没有检测到短路故障；比较器通过对总馈电开关、延时真空断路器和真空断路器线路上参数的比较确定相应的延时真空断路器所在线路为故障线路，则断开该延时真空断路器，其他装置不动作；2）当出现三相不对称短路故障时，相应的短路保护检测单元分别检测到短路故障；若其余的短路保护检测单元也检测到短路故障，则断开总馈电开关；若其余的短路保护检测单元没有检测到短路故障，比较器通过对总馈电开关、延时真空断路器和真空断路器线路上参数的比较确定相应的真空断路器所在线路为故障线路，则断开该真空断路器，相应的真空接触器发出闭合信号给开关，其他装置不动作。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、以往单一鉴幅式短路电流保护无法区分启动电流和短路电流，动作值较难整定，容易误动、拒动，单一鉴相式短路保护也容易误动、拒动，可靠性差，本发明采用鉴幅鉴相混合式短路保护将鉴幅和鉴相结合起来，提高了灵敏度，保护效果较为理想。

2、由于鉴相式短路保护监测的是功率因数的变化，又由于是可移动的变电站，所以不存在保护距离不够的问题。

3、单一的相敏保护只能应用于三相对称短路故障中，采用负序电流、负序电压的比幅比相法则解决了这一问题，使得不对称短路故障也得到保护。

4、采用负序电流、负序电压的比幅比相法可以实现选择性的短路保护，有选择性地分断故障线路，既分断了故障线路，又保证了其它非故障线路的安全正常运行。

5、以往的空气式开关息弧时间长，采用真空断路器和真空接触器的熄弧时间短，有利于提高短路保护的快速性，对保护设备起着至关重要的作用。

6、发生故障时，电缆容易产生火花，经常烧毁，屏蔽电缆很好地防止了短路电弧外泄，也提高了低压供电系统的整体防爆性。

附图说明

图1是本发明的选择性短路保护装置的原理图；

图中：T.移动变压器；A.总馈电开关；B1、B2.延时真空断路器；C1、C2、C3、C4.真空接触器；D1、D2、D3、D4.真空断路器；E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7.短路保护检测单元；F1、F2.比较器；G.电缆接地装置；K1、K2.故障端。

具体实施方式

参见图1，移动变压器T的输出串接总馈电开关A，总馈电开关A的输出并接2个延时真空断路器B1、B2，延时真空断路器B1的输出并接2路，一路接真空接触器C1，真空接触器C1的输出串接真空断路器D1，另一路接真空接触器C2，真空接触器C2的输出连接真空断路器D2。真空断路器B2的输出并接2路，一路接真空接触器C3，真空接触器C3的输出串接真空断路器D3，另一路接真空接触器C4，真空接触器C4的输出串接真空断路器D4。

总馈电开关A，延时真空断路器B1、B2，真空断路器D1、D2、D3、D4中分别设有短路保护检测单元E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7。真空断路器D1、D2、D3、D4分别串接真空接触器C1、C2、C3、C4。真空断路器D1、D2、D3、D4分别通过开关J1、J2、J3、J4连接电缆接地装置G。真空断路器D1、D2、D3、D4后面的输电线路材料都采用电缆材料，电缆接地装置G由真空接触器C1、C2、C3、C4控制开关J1、J2、J3、J4的闭合。

总馈电开关A、延时真空断路器B1、真空断路器D1和真空断路器D2并接比较器F1, 总馈电开关A、延时真空断路器B2、真空断路器D3和真空断路器D4并接比较器F2。

当延时真空断路器输出线上的故障端点出现故障时，例如，延时真空断路器B2输出线上的故障端K1点出现故障，总馈电开关A、延时真空断路器B2、真空断路器D3、真空断路器D4上的相应的短路保护检测单元E1、E3、E6、E7分别检测到短路故障。若其余的延时真空断路器B1、真空断路器D1、真空断路器D2的短路保护检测单元E2、E4、E5也检测到短路故障，则迅速断开总馈电开关A，防止烧毁变压器T；若其余的延时真空断路器B1、真空断路器D1、真空断路器D2的短路保护检测单元E2、E4、E5没有检测到短路故障，比较器F2通过对总馈电开关A、延时真空断路器B2、真空断路器D3、真空断路器D4线路上参数的比较确定相应的延时真空断路器B2所在线路为故障线路，则迅速断开延时真空断路器B2，其他装置不动作。

当出现三相不对称短路故障时，例如真空断路器D4输出线上的故障端K2点出现故障时，总馈电开关A、延时真空断路器B2、真空断路器D3、真空断路器D4上的相应的短路保护检测单元E1、E3、E6、E7分别检测到短路故障。若其余的延时真空断路器B1、真空断路器D1、真空断路器D2的短路保护检测单元E2、E4、E5也检测到短路故障，则迅速断开总馈电开关A，防止烧毁移动变压器T。若其余的延时真空断路器B1、真空断路器D1、真空断路器D2的短路保护检测单元E2、E4、E5没有检测到短路故障，比较器F2通过对总馈电开关A、延时真空断路器B2、真空断路器D3、真空断路器D4线路上参数的比较确定相应的该真空断路器D4所在线路为故障线路，则迅速断开真空断路器D4，真空接触器C4发出闭合信号给开关，完成该电缆线路的保护接地，其他装置不动作。通过短路保护检测单元对负序电流的检测，切断故障回路，有效地弥补了“相敏”保护只能在三相对称短路故障中起作用的遗憾。采用电流电压比相法，通过对负序电流和负序电压相位的比较，即可判别故障线路和非故障线路，从而在横向和纵向上有选择性切除故障线路，而不影响其它正常线路的安全运行。