電源快速切換裝置在礦井主通風(fēng)供電系統(tǒng)的應(yīng)用

 1 古書院礦主通風(fēng)機供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀
1.1 應(yīng)用前現(xiàn)狀 煤礦供電系統(tǒng)是保證礦井安全生產(chǎn)的前提。主通風(fēng)機作為礦井一級負荷，直接關(guān)系井下人身安全。目前古書院礦東、西風(fēng)井主通風(fēng)機房的供電進線均采用雙回路輸電線路供電，單母線分段的運行方式。其接線圖可簡化如圖1所示。
1.2 現(xiàn)狀分析 系統(tǒng)正常運行時，基本有三種工況：一、分列運行，進線1和進線2各帶一段母線，互為備用；二、進線1帶兩段母線，進線2熱備用；三、進線2帶兩段母線，進線1熱備用。主要負荷為異步電動機。若發(fā)生礦井無計劃停電事故，采用人工恢復(fù)送電，存在以下問題：①切換時間長；②個別局面就可能出現(xiàn)瓦斯超限；③如果為母線永久性故障，會擴大事故范圍。因此礦井主通風(fēng)機供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，快速恢復(fù)是非常重要的，為此引進電源快速切換裝置，將故障快速定位、自動隔離、快速切換，實現(xiàn)“風(fēng)機不停、瓦斯不超限”目的。
2 供電系統(tǒng)負荷情況
2.1 東、西風(fēng)井風(fēng)機房6KV供電系統(tǒng) ①電動機容
量：2×630KW異步電動機（東風(fēng)井）；2×1120KW異步電動機（西風(fēng)井）。②正常運行時一臺電動機運行。
2.2 保護配置情況 線路保護：保護配置為兩段過電流保護，無復(fù)壓閉鎖，無方向閉鎖。
3 技術(shù)依據(jù)
3.1 快速切換、同期捕捉和殘壓切換
當(dāng)進線1或進線2發(fā)生故障時，保護動作，跳開1DL或2DL后母線1或母線2失電，電動機將惰行。圖2給出了母線殘壓和備用電源電壓角差變化和殘壓幅值衰減示意圖，當(dāng)失電剛發(fā)生時，通過控制合閘時的頻差和相角差，可以使得電動機繞組承受的沖擊電壓小于電動機的允許起動電壓，從而既實現(xiàn)了快速合上備用電源，又避免了對電網(wǎng)和設(shè)備的強烈沖擊，這就是所謂的“快速切換”，適合快速切換的時機在圖中以區(qū)域1表示。在區(qū)域2，殘壓與備用電源電壓處于第一次相位重合點附近，如果能在此時合閘，則對電動機的沖擊也不大，電動機將很快進入穩(wěn)定點，轉(zhuǎn)入正常運行，這就是所謂的“同期捕捉”。理論分析和長期的應(yīng)用實踐表明，只要誤差小于一定范圍，如合閘角控制在±5°，就能使電動機受到的沖擊較小，滿足實用要求。區(qū)域3則屬于電壓接近無壓的區(qū)域，此時合閘（殘壓切換的定值一般為25-40%）對電動機的沖擊已不大。
3.2 各種情況下快切裝置啟動判據(jù)
①頻壓異常啟動。該判據(jù)用于開關(guān)跳開，脫網(wǎng)造成的功率缺額將使母線電壓和頻率逐步下降，當(dāng)頻率和電壓偏離正常值一定程度時，表明母線已經(jīng)脫離外電網(wǎng)運行，快切裝置啟動。
A、最小電壓Umin>30V；
B、備用電源df=|f-50Hz|<0.2Hz；
C、母線三相電壓頻率dfa<10Hz，dfb<10Hz，dfc<10Hz；
D、進線最大電流值Imax<1.2In。
以上判據(jù)同時成立經(jīng)延時快切裝置啟動。
②無流啟動。該判據(jù)用來解決進線電源對側(cè)開關(guān)跳開時快切的啟動問題。
A、Imax （進線最大電流值）B、Fm（故障母線頻率）以上判據(jù)同時成立經(jīng)延時快切裝置啟動。
③開關(guān)變位啟動。開關(guān)變位起動用來解決本側(cè)開關(guān)偷跳問題。
進線開關(guān)跳開，同時滿足Imax（進線最大電流值）< Iwl（無流定值）時快切裝置啟動。
④低電壓判據(jù)。該判據(jù)屬于后備判據(jù)，當(dāng)以上判據(jù)均不起作用時，起到類似于備自投的作用。
A、UmaUma、Umb、Umc：母線三相電壓；Usyqd：失壓啟動電壓幅值；
B、 Imax （進線最大電流值）以上判據(jù)同時成立后經(jīng)延時快切裝置啟動。
4 實施詳細方案分解
古書院礦實施的地點為東風(fēng)井風(fēng)機房、西風(fēng)井風(fēng)機房。兩個供電系統(tǒng)電源分別來自古書院35KV變電站、西風(fēng)井35KV變電站。
4.1 基本運行方式。目前供電系統(tǒng)正常運行方式為，單母分段大分裂運行方式，進線來自上一級35KV變電站6KV間隔。運行時，供電系統(tǒng)主扇I回601、主扇II回602運行，母聯(lián)開關(guān)600熱備。當(dāng)進線任一線路檢修或故障時，運行方式可改變?yōu)橛梢粭l進線帶兩段母線運行。風(fēng)機房供電系統(tǒng)的一次主接線圖簡化如下：
4.2 裝置配置。本方案采用MFC510X系列工業(yè)企業(yè)電源快速切換裝置（以下簡稱快切裝置），實現(xiàn)在工作電源故障時，迅速將工作電源切除，投入備用電源，既保證生產(chǎn)負荷的不間斷運行，又不對負荷造成沖擊。配置方案采用組屏集中布置，配置如下：1）MFC5103A工業(yè)企業(yè)電源快速切換裝置：用于工作電源與備用電源之間的電源切換；2）iPACS-5711線路保護測控裝置：用于工作母線及以下設(shè)備發(fā)生故障時快切裝置閉鎖的信號來源；3）iPACS-5791遠動通訊管理裝置：用于快切裝置及保護裝置信息上傳。
4.3 切換方式。裝置自適應(yīng)各種運行方式，無需針對各種運行方式進行相關(guān)設(shè)定，兩個風(fēng)機房均改造安裝有進線PT，可以實現(xiàn)各種方式的快速切換。切換過程分解如下：①大分裂運行方式——故障情況下的切換方式只用串聯(lián)切換。如當(dāng)主扇II回602（主扇I回601）故障，快切裝置先跳開主扇II回602（主扇I回601）開關(guān)，通過裝置接入的主扇II回602（主扇I回601）開關(guān)輔助接點判斷其是否真的跳開，在確認跳開后再根據(jù)條件合母聯(lián)開關(guān)。②進線一用一備方式——故障情況下的切換方式只用串聯(lián)切換。如當(dāng)工作進線主扇I回（主扇II回）故障時，快切裝置先跳開工作進線主扇I回（主扇II回），通過裝置接入的主扇I回（主扇II回）開關(guān)輔助接點判斷其是否真的跳開，在確認跳開后再根據(jù)條件合另一進線主扇II回（主扇I回）開關(guān)。③正常倒閘可使用并聯(lián)切換。如在目前運行方式下需要檢修主扇II回602（主扇I回601），那么裝置在人工起動后，先合上母聯(lián)開關(guān)600，確認合上后，再經(jīng)過設(shè)定延時跳開主扇II回602（主扇I回601）開關(guān)，兩段母線電壓無任何波動。
4.4 快切裝置的閉鎖。①各6KV風(fēng)機房兩條進線分別配置有線路保護測控裝置，利用線路保護測控裝置的方向過流保護動作出口作為快切裝置的閉鎖條件。②裝置內(nèi)部本身硬件故障將自動閉鎖裝置。
5 東風(fēng)井實際運行切換試驗（711、701為進線開關(guān)、710為母聯(lián)開關(guān)）
6 應(yīng)用運行情況
通過對6KV風(fēng)機房供電系統(tǒng)加設(shè)快切裝置，保障了線路故障時快速合上分段開關(guān)，實現(xiàn)“零停電”，從而保障煤礦生產(chǎn)連續(xù)運行，平穩(wěn)運行至今。