矿用综合保护器测试系统故障诊断技术研究 (2)

第I 页 共页矿用综合保护器测试系统故障诊断技术研究摘要本论文研究矿用综合保护插件通用型测试系统并对测试系统可能发生的故障进行研究，要求能诊断出测试系统的各个模块的故障并排查。由于保护插件的种类多种多样，其测试需求也千变万化，因此如何诊断测试系统的故障，实现测试系统低故障率运行，以满足多种综合保护插件测试的需求，是本论文研究的重点和难点。使用故障树分析法分析测试系统故障，进行顶层事件分别为计时器不能计时、控制继电器不能正常工作、EDA9016/9017不能进行测量的故障树分析，并分别排查各底事件是否发生故障。关键词：插件、测试系统、故障树分析法第II 页 共页Research on Fault Diagnosis Technology of test system for mine synthesis protectionAbstractStudy on the fault in this thesis of mine comprehensive protection plug-in universal test system and the test system may occur, can diagnose the fault and troubleshooting module testing system. As a result of a variety of species diversity protection plug-in, the testing demand is the myriads of changes, so how to diagnose the fault test system, realize the operation of low fault rate test system, to meet the needs of a variety of comprehensive protection plug-in test, is this research key point and the difficulty. Using the method of fault tree analysis testing and analysis system of fault, the top event respectively for fault tree analysis of timer cannot work，the control relay does not work, EDA9016/9017 cannot measure respectively, and investigation of bottom events failure.Keywords: plug-in, test system, fault tree analysis第III页 共页目 录1引言 .11.1 本课题的背景及意义 .11.2 国内外技术研究现状及发展趋势 .11.3 本论文的研究内容 .32矿井下的供用电设备及其工作环境 .42.1煤矿井下的工作环境 .42.2煤矿井下的供电、用电设备： .42.3矿井下对供电设备的特殊要求： .53矿井下的继电保护 .93.1.过流保护装置 .93.1.1 短路 .93.1.2 过负荷 .103.1.3 断相 .103.2 漏电保护装置 .113.3 接地保护装置 .133.4 煤矿井下其他保护 .143.4.1 失压保护 .143.4.2 欠压保护 .153.4.3 过压保护 .153.4.4 闭锁功能 .154 综合保护器测试系统 .164.1 高压综合保护器 .164.2 井下低压电器综合保护装置 .174.2.1矿用隔爆型低压馈电开关 .174.2.2 井下低压漏电保护装置 .17第IV 页 共页4.2.3 井下低压过流保护装置 .184.3 电动机综合保护器的现状及发展 .184.4 照明变压器综合保护装置 .194.5 插件通用测试系统的总体设计 .195 故障树分析法 .235.1故障树分析中常用符号: .245.2 故障树分析法的数学基础 .275.2.1 基本概念 .275.2.2 布尔代数规则 .275.3 故障树分析法的编制 .286 基于故障树分析法的测试系统故障分析 .306.1 以计时器不能计时故障为顶层事件的故障树 .306.2 以控制继电器故障为顶事件的故障树 .316.3 以EDA9016/9017不能测量故障为顶层事件的故障树 .326.4 底事件故障排查 .327 总结 .36附录 .37参考文献 .38致 谢 .40第1页 共40 页1引言1.1 本课题的背景及意义随着煤矿生产自动化程度的提高，煤矿井下的供电干线、支线、移动变电站、电动机、煤电钻、井下照明信号等都广泛使用了各种电子保护插件，主要用来对矿井下高、低压线路、照明、电动机、移动变压器等各种大型电气设备可能发生的过载、漏电、短路、过压、断相等故障进行保护，以保护这些电气设备的运行安全，同时可以防止由于漏电、短路等电气故障引起的煤矿瓦斯爆炸恶性事故。煤矿用综合保护插件矿用综合保护插件在保证煤矿安全方面具有重要作用。但由于缺乏统一的信号接口标准，各开关生产厂家配套的保护插件各不相同，给煤矿用户检验、使用和维修带来诸多困难。由于煤矿井下工作环境恶劣，且综合保护插件处于长期连续工作状态，综合保护插件可能会出现功能失常，在实际应用中因保护插件工作异常而影响煤矿安全生产的情况时有发生，为此需要定期对运行中的矿用综合保护插件进行功能测试。因此，设计开发出了能够覆盖各种保护插件的保护性能测试系统，但测试系统自身可能发生的故障更需要加以分析，以便测试系统正常运行，可靠测试矿用综合保护插件的功能。对煤矿的安全生产具有重要的意义 123。目前，国家要求每个煤矿必须配备矿用综合保护插件的专用测试设备，并把这一项列为煤矿安全检查的重要一项，国家将根据煤矿安全检查的结果来决定是否颁发煤矿安全许可证，没有取得煤矿安全许可证的煤矿将不得生产。随着对安全生产的宣传和国家相关政策的出台，各个矿务局、煤矿对安全生产也越来越重视起来，煤炭高效安全生产技术及装备成为矿务局、煤矿关注、采购的热点。1.2 国内外技术研究现状及发展趋势同类产品未见国外报道。矿用高低压防爆开关及矿用防爆磁力起动器保护器插件测试系统，目前主要有两类，一类是针对某种插件的专用测试仪器，一般是通过面板上的各种开关对被测插件进行控制，通过面板上的仪表或其他仪表进行输出信号的检测，其精第2页 共40 页度低、操作麻烦，通用性低；另一类是简单的在线测试，即设备在工作状态，通过设备自身所带的试验按钮来检验保护插件相应的保护电路工作是否正常，其测试结果是不完全的。由于综合保护插件种类繁多，国内生产厂家众多，而不同的煤矿选用不同的产品，这就意味着矿用高低压防爆开关及矿用防爆磁力起动器保护器测试系统为非标产品，因此国内作此项工作的单位并不多。而煤矿生产一线对矿用综合保护插件的测试手段和测试装置落后，大部分为手工测试，测试项目不全、精度低而且效率差。由于煤矿生产现场的矿用综合保护插件数量很大，因而其测试工作量很大，往往出现由于矿用综合保护插件测试效率低费时长而耽误井下生产的现象，在煤矿高额生产任务的条件下这种现象往往又带来井下电气设备脱离矿用综合保护插件保护运行的不安全现象。（1）淮南无线电七厂在八十年代为了对产品进行技术检查，研制出了用于检测该厂生产的JDB系列电动机综合保护器的测试台。该试验台可供JDB系列电动机保护器调整试验用。（2）煤科总院上海分院电气设备厂研制生产的，主要用于检测矿用低压隔爆型电器设备内部各种电子保护装置的动作性能和技术参数。（3）由湘潭矿业学院自动化研究所开发出的专门用于检测国产真空高压隔爆开关综合保护器各项性能指标的测试仪。（4）由淮南工业学院设计、研制出型多功能试验装置。（5）浙江温州八达真空开关厂生产的YZB01、YZB02矿用综合保护插件测试系统为本项目的同类产品，但YZB01、YZB02存在着只能测试特定厂家生产的矿用综合保护插件而不能通用测试所有厂家生产的矿用综合保护插件和不能扩展测试新型号矿用综合保护插件的缺陷，此外其还存在着操作烦琐、对测试者专业技术水平要求高、测试数据不能打印等不足之处 456。随着煤炭工业的迅速发展，需要一种全自动的矿用综合保护器插件测试系统来满足煤矿安全高效生产需要 7。而检测技术的发展，尤其是计算机技术在检测领域的应用，使得对矿用综合保护插件进行全自动测试、提高测试准确性和测试效率，成为矿用综合保护插件测试技术与设备的发展趋势。在远期，由功能检测向故障检测发展、离线检测向在线检测发展是矿用综合保护插件测试技术与设备的发展趋势。第3页 共40 页本项目研发的综合保护器测试系统采用计算机和远端测控智能模块，技术先进，自动化程度高，克服了不能通用测试所有厂家矿用综合保护插件和不能扩展测试新型号综合保护插件的缺陷，测试系统采用组合式结构，具有很高的灵活性及可扩充性。1.3 本论文的研究内容本论文研究矿用综合保护插件通用型测试系统并对测试系统可能发生的故障进行研究，要求能诊断出测试系统的各个模块的故障并排查。由于保护插件的种类多种多样，其测试需求也千变万化，因此如何诊断测试系统的故障，实现测试系统低故障率运行，以满足多种综合保护插件测试的需求，是本论文研究的重点和难点。1.煤矿井下的电气研究：煤矿井下工作环境特点；煤矿井下供电系统的设备构成，用电设备构成；研究煤矿井下环境对电气设备的特殊要求；煤矿井下供电系统和电气设备装备的继电保护：过电流、漏点、接地保护及其他保护，装设这些保护的意义和原理。2. 插件通用测试系统的硬件系统的功能模块：（1）A/D转换接口模块；（2）D/A转换接口模块；（3）数字量输入模块；（4）数字量输出模块；（5）开关量输入模块；（6）开关量输出模块；（7）定时器/计数器模块；（8）电压变换模块；（9）电参数采集模块；（10）电流源模块。3.故障树分析法：简要介绍故障树分析法，故障树分析法中常用的符号，及故障树的编制。4.故障树分析测试系统故障：顶层事件分别为计时器不能计时、控制继电器不能正常工作、EDA9016/9017不能进行测量的故障树分析；分别排查各底事件是否发生故障。本论文按照测试系统的设计开发过程，对测试系统的设计和实现做了系统的阐述。从逻辑上可粗略划分为四个部分：第一章为绪论，主要对本论文的研究内容、目的、和意义、国内外研究现状作一介绍；第二章主要对被测对象进行了分析；第三章主要研究了综合保护插件通用测试系统的结构；第四章介绍故障树分析法；第五章研究用故障树分析法研究测试系统各个模块可能发生的第4页 共40 页故障；最后一章对本论文的工作和不足进行总结，并对今后的研究方向进行了展望。2 矿井下的供用电设备及其工作环境2.1 煤矿井下的工作环境（1）煤矿井下的空气中含有瓦斯及煤尘，在其含量达到一定量时，如果遇到电气设备或电缆电线产生电火花、电弧和局部高温时，就会燃烧或爆炸。（2）井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安装电气设备的地方，空间都比较狭窄，因此，电气设备的体积受到一定的限制，且使人体接触电气设备、电缆的机会比较多，容易发生触电事故。（3）井下由于岩石和煤层都存在着压力，常会发生冒顶和片帮事故，使电气设备（特别是电缆）很容易受到砸、碰、挤、压而损坏。（4）井下空气比较潮湿，湿度一般在95%以上，并且机电硐室和巷道经常有滴水和淋水，使电气很容易受潮。（5）井下有些机电硐室和巷道的温度较高，而井下电气设备的散热条件较差，电气设备容易过热损坏。（6）采掘工作面的电气设备移动频繁，且经常起动，使用电设备的负荷变化较大，有时会产生短时过载。（7）由于井下地质条件发生变化或在雨季期间，井下有发生突然出水事故的可能，其出水量往往为正常井下涌水量的几倍或几十倍，要求排水设备迅速开动，以保证矿井安全。（8）井下如发生全部停电事故，超过一定时间后，可能发生采区或全井被淹的重大事故。同时井下停电停风后，还会造成瓦斯积聚，再次送电使时，可能造成瓦斯或煤尘爆炸的危险。 2.2 煤矿井下的供电、用电设备：供电设备： 第5页 共40 页移动变电站，隔爆干式变电器，矿用防爆电动机，六氟化硫断路器，组合开关，防爆运输机车，阻燃抗静电运输送带，矿用隔爆型电磁起动器，通风机，本质安全电话机。 用电设备：防爆机电式人车，通风机，采煤机，水泵，照明设备，掘进机，运煤刮板机，矿车胶带，具体则要视煤矿井下实际情况而定 2.3 矿井下对供电设备的特殊要求：可靠供电，即要求供电不间断。煤矿如果供电中断，不仅会影响产量，而且有可能引发瓦斯集聚、淹井等重大事故，严重时会造成矿井的破坏。为了保证对煤矿供电的可靠性，供电电源应采用双电源，双电源可以来自不同的变电所（或发电厂）或同一变电所的不同母线上。即在一个电源发生故障的情况下，应保证对主要生产用户的供电，以保证通风、排水以及生产的正常进行。安全用电。由于煤矿井下的特殊的工作环境，任何供电作业上的疏忽大意，都可能造成触电、电气火灾和电火花引起瓦斯煤尘爆炸等事故，所以必须严格按照煤矿安全规程的有关规定进行供电，确保供电安全。经济供电。在满足供电可靠与安全的前提下，还应保证供电质量，要求做到供电系统投资少、运行维护成本低。具体来说：（1）矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。年产60000t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。（2）矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。（3）正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。（4）矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。（5）对井下各水平中央变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。第6页 共40 页（6）主要通风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。上述设备的控制回路和辅助设备，必须有与主要设备同等可靠的备用电源。（7）严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。（8）井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求：高压不应超过10000伏；低压不应超过1140伏；照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压都不应超过127伏；远距离控制线路的额定电压不应超过36伏。采区机械设备的额定供电电压超过3300伏时，必须制定专门的安全措施。（9）井下低压配电系统同时存在两种或两种以上电压时，低压电气设备（电动机、变压器、馈电开关、启动器、检漏继电器等）上，应明显地标出其电压额定值。（10）每一矿井必须备有地面、井下配电系统图，井下电气设备布置示意图和电力、电话、信号、电机车等线路平面敷设示意图，并随着情况变化定期填绘。（11）电气设备不应超过额定值运行。井下防爆电气设备变更额定值使用和进行技术改造时，必须经国家授权的矿用产品质量监督检验部门检验合格后，方可投入运行。（12）直接向井下供电（包括经过钻孔的供电电缆）的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。手动合闸时，必须事先同井下联系。在井下低压馈电线路上装有可靠的漏电、短路检测闭锁装置时，可采用瞬间1次自动复电系统。如果在局部通风机线路上发生故障而停风时，首先必须排除故障，但严禁在停风区内或瓦斯超限的巷道中处理故障，然后按照规程的有关规定执行。（13）为了防止地面雷电波及井下引起瓦斯、煤尘以及火灾等灾害，必须遵守下列规定：经由地面架空线路引入井下的供电线路（包括电机车架线），必须在入井处装设避雷装置；由地面直接入井的轨道，露天架空引入（出）的第7页 共40 页管路，都必须在井口附近将金属体进行不少于两处的良好的集中接地；通信线路必须在入井处装设熔断器和避雷装置。（14）煤电钻必须设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻的综合保护装置。煤电钻综合保护装置在每班使用前必须进行1次跳闸试验。煤矿井下供电的特殊环境对设备的供电提出了更高的要求。电是煤矿生产所用的主要动力源，对矿井主要机电设备中断供电，不仅会影响矿井生产，而且会对矿井和矿井中工作人员的安全构成严重威胁。例如：因突然中断供电而使矿井主通风设备停止运转，会导致井下有害气体的大量聚集，威胁人身安全，矿井主排水设备停止运转，在涌水量大的矿井中会造成淹井事故。由此可见，为保证矿井安全生产，就必须采取措施，确保矿井和矿井中主要机电设备供电的不中断。煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃、易爆可燃性气体和腐蚀气体，潮湿、淋水、矿尘大、电网电压波动大、空间狭小、会发生冒顶和片帮事故，机电设备启动频繁等。因此，矿用电气设备同一般电气设备相比具有如下特点：（1）电气防爆。煤矿井下具有瓦斯和煤尘，当其浓度达到火花或局部高温，就会发生燃烧和爆炸。因此，用于煤矿井下爆炸性环境的电气设备必须是防爆型电气设备，避免电气设备所产生的电弧、电火花和高温引起瓦斯和煤尘爆炸。（2）防护性能好。煤矿井下除具有甲烷、一氧化碳等易燃晚爆性气体外，还有硫化氢等腐蚀气体，矿尘大、潮湿、有淋水。因此，矿用电气设备的防护性能要好，具有防尘、防潮、防腐、防霉等防护措施。由于井下有时会发生冒顶和片帮等事故，碰撞和挤压电气设备及电缆，因此，矿用电气设备应耐机械冲击。（3）电网电压波动适应能力强。地面电网电压的波动范围一般为90%110%，而煤矿井下电网电压的波动范围可达75%110%。因此，矿用电气设备的电网电压波动适应能力强。（4）过载能力强。采、掘、运等电气设备启动频繁，井下机电硐室和巷道的温度较高，散热条件差。因此，矿用电气设备要有足够的过载能力。由于地第8页 共40 页质条件的变化，或在雨季，井下可能发生突水事故，其出水量往往为正常涌水量的几倍甚至几十倍，这就需要较大的排水能力和供电系统。（5）可靠性高。主要通风机、局部通风机等设备或供电系统的故障会引起瓦斯集聚，在一定的条件下会造成瓦斯和煤尘爆炸。因此，煤矿井下供电系统及设备的可靠性要高，需要更合理的继电保护来保证供电的可靠性。第9页 共40 页3 矿井下的继电保护安全供电是保证矿井安全生产的关键之一。由于井下环境条件恶劣，容易发生各种电气事故，因此，需要采取必要的安全措施，设置可靠的保护装置，才能提高矿井生产的安全水平。煤矿井下最重要的电气保护是过流保护、漏电保护和保护接地，即井下三大保护，它们是煤矿井下安全供电的主要技术措施，对确保安全、发展生产起着十分重要的作用。3.1 过流保护装置凡是流过电气设备或线路的电流，如果超过其额定值或允许值，都叫作过电流。引起过电流的原因很多，如短路、过负荷、电动机单相运转（断相）等。长时间的过电流运行，将导致电气设备与井下电缆的迅速损坏，甚至引发严重的安全事故。为此，对于电气设备和供电线路都必须设置相应的过流保护，以便能及时地切断故障处的电源，防止事态的恶化。过电流故障是指实际通过电气设备或电缆的工作电流超过了额定电流值。常见的过电流故障有短路、过负荷和断相3种。3.1.1 短路在电网和电气设备中，若不同相线之间通过导体直接短接或通过弧光放电短路均会产生过电流。短路电流的大小取决于电网电压、由短路点形成的回路的电阻及短路点的位置，一般是额定电流的几十倍以上。在三相供电的电网中，如果采用中性点不接地的系统，仅有三相短路和两相短路两种。造成故障的原因主要有：（1）绝缘击穿。由于电缆接头存在毛刺、松动或外部导体影响了导电体之间的电气间隙和爬电距离，产生电弧放电而引起短路或由于电气设备和电缆受潮、绝缘老化或机械损伤，引起绝缘击穿而造成短路。（2）机械损伤。电气设备和电缆由于冒顶砸压、机械碰撞等原因造成短路。（3）误操作。由于误操作造成短路故障。例如两台不同相序的变压器并联运行等。第10 页 共40 页短路电流值很大，它能够在极短时间内烧毁电气设备，甚至引起火灾或引燃井下瓦斯、煤尘，或造成瓦斯、煤尘爆炸事故。短路还会引起电网电压急剧下降，影响电网中其他用电设备的正常工作。3.1.2 过负荷过负荷是指电气设备的工作电流不仅超过了额定电流值，而且超过了允许的过负荷时间。过负荷在电动机、变压器和电缆线路中较为常见，是烧毁电动机的主要原因之一。过负荷电流一般比额定电流大12倍。造成电动机过负荷的原因主要有：（1）电源电压过低。当机械负载不变时，电源电压降低，就会造成电动机工作电流加大，电动机的温度就会上升，当过负荷时间较长，电动机的温度就会超过允许温度而烧毁；（2）频繁起动。异步电动机的起动电流为正常工作电流的57倍，如果电动机频繁启动，就会使电动机的温度上升造成过负荷；（3）重载下启动电机。带负荷启动往往会造成起动时间长，电动机温度高的过负荷情况；（4）机械卡堵。由于电动机轴承损坏，转子被卡，或电动机所拖动的负荷被卡等都会造成电动机过负荷。3.1.3 断相三相电动机在运行过程中出现一相断线，这时电动机仍然会运转，但其输出转矩比三相运行时要小得多。由于机械负载不变，电机的工作电流会比正常工作的工作电流大很多，从而造成过负荷。造成断相的主要原因有：熔断器熔断；电缆芯线有一相断线；电缆与电动机或开关的连接头脱落。预防措施：过电流事故多数是由于设备选择不合理，缺乏日常维护检修和巡回检查、检修质量不高，当有定期进行预防性电气试验、缺少必要的保护装置，工作人员违反操作规程而引起的。为迅速排除过电流故障，应设置并正确计算和选择过流保护装置。因受煤矿井下空间狭小 ，空气湿度大，工作场所潮湿 ，环境 温度高，施工条件差等因素的影响，尽管煤矿技术人员采取了各种防范措施，第11 页 共40 页但仍不可避免井下供电发生漏电、人身触电、短路、过负荷、电火灾、电雷管提前引爆等电气事故。因此，正确分析井下供电线路漏电的原因，以便及时采取合理的预防措施，对减少井下供电线路故障，保证煤矿安全生产具有十分重要的意义。 3.2 漏电保护装置一般煤矿井底电网都有绝缘的电阻的，是由于绝缘体的特性，当设备通电很长时间时，其内部温度会升高那么绝缘性能就会降低，那么人在触及后就会产生漏电的危险漏电不仅会直接影响到人身安全，而且还会使设备备的进一步损坏同时还会因漏电产生的火花而引爆瓦斯、粉煤灰的危险发生。3.2.1 煤矿井下漏电分类 煤矿井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电。 集中性漏电是指发生在电网中某一处或某一点，而其余部分的对地绝缘水平仍然正常的漏电，它占井下漏电的85以上。分散性漏是指整条线路或整个电网的对地绝缘水平均匀下降到低于允许水平的漏电。从理论分析的角度考虑，漏电可分为单相漏电、两相漏电和三相漏电三种类型，对于单相、两相及三相的对地绝缘阻抗下 降，其中前两种属不对称性故障，后者属对称性故障。 3.2.2 漏电的危害 煤矿井下低压电网大部分在采区，环境恶劣，工作人员和生产机械 比较集中，电网若发生漏电，将会给人身，设备以及矿井 成很大的威胁，并导致以下危险： （1）导致人身触电危险 当电气设备因绝缘损坏而使外壳带电时，而工作人员接触外壳时，就会导致人身触电事故。此时入地电流的一部分将要从人体流过，其数值大到一定程度就会造成人员伤亡。 （2）使雷管无准备引爆 漏电会产生杂散电流，其杂散电流在其通过的路径上会产生电位差，杂散电流的数值越大，所产生的电位差就越大，如果电雷管两端引线不慎与漏电回路上第12 页 共40 页具有一定电位差的两点相接触，就可能发生电雷管无准备爆炸的事故，造成人员伤亡。（3）引起瓦斯及煤尘爆炸 井下的点火源部分是电火花，而漏电所产生的电火花则占有相当的比例，当电网发生单线接地或设备发生单相碰壳时，在接地点就会产生电火花，若此时电火花具有足够的能量，就可能点燃瓦斯或煤尘。 （4）引起短路事故 长期存在的大量的漏电电流能使绝缘材料发热或造成相问短路，从而引起火灾等事故，对矿井安全造成严重威胁。据统计，约有30的单相接地故障发生为短路，从而造成更大的电气故障。 （5）烧损电气设备引起火灾 长期存在的漏电电流，尤其是两相经过渡电阻接地的漏电电流，在通过设备绝缘损坏处时将散发出大量的热，使绝缘进一步损坏，甚至使可燃性材料着火燃烧。 （6）严重影响生产 根据煤矿安全规程要求，一旦电网发生漏电，就必须立刻停电处理。漏电故障的处理少则数小时，多则达几个班，因而严重影响生产，降低煤炭企业的经济效益。另一方面，停电使局部通风机停转，通风恶化，形成瓦斯积聚，反过来又威胁矿井安全。 3.2.3 漏电的原因 (1)电气设备超期服役或长期超负荷运行造成绝缘老化。 (2)运行中的电气设备受潮或进水，造成对地绝缘电阻下降而漏电。(3)电缆受到挤压、砍砸、过度弯曲、铁器划伤或针刺。井下从业人员工作时劳动工具(锹 、镐 、钎等)易将电缆割伤或碰伤，造成漏电。 (4)电缆与设备连接时 ，因芯线接头不牢固、有毛刺、无防松措施、封堵不严、压板不紧，运行或移动时造成接头脱落或接头松动，使相线与金属外壳直接搭接而漏电，或者是因接头发热过度使绝缘损坏而漏电。 第13 页 共40 页(5)维修电气设备时，由于停送电操作失误、带电操作或施工不慎，可能造成人身接触及一相漏电；或因残留在电气设备内的线头、金属碎片等未能清理干净，或将小零件与电工工具等忘在开关内，如果这些东两碰到相线，送电后也会发生漏电。 3.2.4 预防井下漏电及人身触电的措施 由于煤矿井下环境的特殊性，发生漏电与人身触电的几率远比一般地面作业高，一旦井下发生漏电，将会严重威胁煤矿的安全生产，因此必须采取有效措施预防这类电气事故的发生。结合煤矿井下的具体情况，可采取以下措施 ： （1）加强井下电气设备的管理和维护，定期对电气设备进行检查和试验，性能指标达不到要求的，应立即更换。（2）应将井下电缆悬挂整齐，避免 出现 “挤 、压、埋、淋、砸、崩、摩”现象。采煤工作面要避免乳化泵站高压管路工作状态下窜动时与电缆产生的摩擦，掘进头的电气设备要重点防护，避免电绞钢丝绳摩擦电缆，迎头电机负荷线要加装护套，防止机械损伤，严禁炮崩电气设备。 （3）将带电导体、电气元件和电缆接头等，都封闭在坚固的外壳内。对于容易接触到的裸露带电总分要有防护罩；在井下，电缆接头、各种电气设备都封闭在坚固的外壳内。（4）JJ强手持式电动工具把手的绝缘。这类把手在正常时本来是不带电的，但当带电部分的绝缘损坏时，把手便有可能带电而引起触电事故。所以必须在把手上再加一层绝缘套，以形成双重保护。（5）对人身接触机会较多的电气设备，采用较低的额定电压。例如手持式电钻、照明设备及信号装置的额定电压不得超过127V，而井下各种电气控制回路的额定电压不超过36V等。（6）井下配电变压器的中性点禁止直接接地，以减少漏电或触电电流。随着科技的不断进步和机电管理水平的进一步提高，通过深入开展矿井质量标准化工作，井下供电线路的面貌和供电质量有了明显的提高，煤矿井下低压供电线路的漏电故障大幅度减少，有力地促进了矿井的安全生产 8。第14 页 共40 页3.3 接地保护装置3.3.1 安装接地保护的意义井下巷道狭窄，人体触及电气设备的机会很多。如果电气设备绝缘损坏，将会发生电源线碰壳事故。在检漏继电器失灵的情况下，电气设备的金属外壳将和该相电源具有相同的电位。此时，若被人体接触，流过人体的电流将大大超过安全极限值，产生严重触电事故。另外，这时的一相漏电电流产生的电火花，还有可能造成井下瓦斯，煤尘爆炸或电雷管引爆的危险。为了保证人身和矿井的安全，应把电气设备的外壳和大地之间用导线连接起来。这种使金属外壳接地的方法，称为保护接地 9。3.3.2 接地保护装置及类型电气设备的任何部分与大地 (土壤 )间作 良好的电气连接称为接地。按地是确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。电气设备接地通过接地装置实施。接地装置由接地体和接地线组成。与土壤直接接触的金属体称为接地体；连接电气设备与接地体之间的导线 (或导体)称为按地线。用来实现电气设备外壳或支架接地的引线和接地极，称为接地装置。 (1)工作接地为满足电力系统或电气设备的运行要求，而将电力系统的某一点进行接地，称为工作接地，如电力系统的中性点接地； (2)防雷接地为防止雷电过电压对人身或设备产生危害，而设置的过电压保护设备的接地，称为防雷接地，如避雷针、避雷器的接地； (3)保护接地为防止电气设备的绝缘损坏，将其金属外壳对地电压限制在安全电压内，避免造成人身电击事故，将电气设备的外露可接近导体部分接地，如：电机、变压器、照明器具、手持式或移动式用电器具和其他电器的金属底座和外壳；电气设备的传动装置；配电、 控制和保护用的盘 (台、箱)的框架；交直流电力电缆的构架、接线盒和终端盒的金属外壳、电缆的金属护层和穿线的钢管；室内、外配装置的金属构架或钢筋混凝土构架的钢筋及靠近带电部分的金属遮拦和金属门；架空线路的金属杆塔或钢筋混第15 页 共40 页凝土杆塔的钢筋以及杆塔上的架空地线、装在杆塔上的设备的外壳及支架；变 (配)电所各种电气设备的底座或支架。 (4)重复接地在低压配电系统的TNC系统中，为防止因中性线故障而失去接地保护作用，造成电击危险和损坏设备，对中性线进行重复接地。 (5)防静电接地为了消除静电对人身和设备产生危害而进行的接地，如将某些液体或气体的金属输送管道或车辆的接地； (6)屏蔽接地为防止电气设备因受电磁干扰，而影响其工作或对其它设备造成电磁干扰的屏蔽设备的接地 10。3.4 煤矿井下其他保护3.4.1 失压保护 电气设备在正常工作时，如果因为电源电压的消失而停止工作，那么在电源电压恢复时，电气设备的自行启动或投入工作将造成人身事故或设备损坏。对供 电系统来说，许多电气设备同时启动和工作，也会引起不允许的过电流和过大的压降，而热类电气设备可能引起火灾。为防止电压恢复时电气设备的自行启动或投入工作采用接触器和按钮控制电动机的启动、保持 、停止，就具有失压保护作用。 3.4.2 欠压保护 其采用鉴幅式保护原理。电动机或电器元件在有些应用场合下，当供电系统的的电压降到额定电压的的75时，就应能自动切除电 源而停止工作，以免损坏电动机以及机械设备 。欠电压保护方法不仅可以采用接触器和按钮控制制方式，还可以采用低压断路路器或专门电磁式电压继电器进行欠压保护。 3.4.3 过压保护 其采用鉴幅式保护原理。当供电系统的电压大于额定电压的 ll5时，就应能自动切除电源而停止工作，以免损坏电动机以及机械设备。过第16 页 共40 页电压的保护方法是在线圈两端并联一个电阻、电阻串电容或二极管串电阻等形式 ，以形成一个放电回路 ，从而实现过压保护。 3.4.4 闭锁功能 它是实现系统安全可靠工作的重要部分之一。常用的闭锁有漏电闭锁、机械闭锁风电闭锁等。漏电闭锁采用附加直流电源检测原理实现，在隔爆真空型电磁启动器、低压馈电开关中经常使用； 高压配电箱设有机械 闭锁装置以保证安全风电闭锁功能是由分路馈电开关与风机的控制开关配合使用实现的 ，将风机的控制开关 的常闭触点接入分路开关的CPU回路 ，实现对分路开关的控制。 4 综合保护器测试系统4.1 高压综合保护器高压综保的电路结构一般有输入整定、比较延时、记忆执行电路三大部分组成。高压综保经历了模拟电路阶段、模拟电路为主数字电路为辅阶段、微机式高压综保阶段三个阶段 11。现 有 国 产 高 压 隔 爆 开 关 综 合 保 护 器 的 主 要 参 数 如 下 ：(1) 欠 压 保 护当 电 源 电 压 大 于 75%额 定 电 压 时 ， 保 护 器 应 能 跳 闸 ， 低 于 60%额 定 电 压 时 ， 保护 器 应 能 可 靠 跳 闸 。 输 入 保 护 器 的 工 作 电 压 为 电 压 互 感 器 的 二 次 电 压 ， 额 定值 为 100V， 因 此 ， 要 求 测 试 台 能 在 6070V之 间 调 整 保 护 器 的 工 作 电 压 ， 适 当扩 大 调 整 范 围 ， 确 定 测 试 仪 欠 压 保 护 的 调 整 范 围 为 55110V。(2) 绝 缘 电 阻 和 监 视 保 护电 缆 屏 蔽 线 与 地 线 之 间 的 绝 缘 电 阻 正 常 时 ， 可 以 认 为 是 无 限 大 ， 当 绝 缘 电 阻小 于 5.5K时 ， 继 电 器 可 以 动 作 ， 当 绝 缘 电 阻 小 于 3K时 ， 继 电 器 应 能 可 靠地 动 作 因 此 要 求 绝 缘 电 阻 在 35.5K之间 调 整 ， 适 当 扩 大 调 整 范 围 ， 确 定第17 页 共40 页检 测 装 置 的 绝 缘 电 阻 调 整 范 围 在 26.5K之 间 ， 并 且 有 一 个 绝 缘 电 阻 为 无 限大 的 档 位 。(3) 回 路 电 阻 监 视 保 护正 常 的 电 缆 回 路 电 阻 可 认 为 是 0， 当 回 路 电 阻 大 于 0.8K时 ， 继 电 器 可 以 动作 ， 当 回 路 电 阻 大 于 1.5K时 ， 继 电 器 应 能 可 靠 动 作 。 因 此 ， 要 求 回 路 电 阻能 在 01.5K之 间 连 续 可 调 ， 适 当 扩 大 调 整 范 围 ， 确 定 测 试 仪 的 回 路 电 阻 调整 范 围 ， 确 定 测 试 仪 的 回 路 电 阻 调 整 范 围 为 01.5K， 并 有 一 个 0位 置 。(4) 过 载 保 护高 压 综 合 保 护 器 的 过 载 保 护 可 在 210A之 间 分 档 整 定 ， 过 载 电 流 可 在 A相 或 C相 产 生 因 此 ， 要 求 测 试 仪 能 在 010A间 调 整 过 载 电 流 ， 并 且 能 分 别 从 A相 或C相 输 入 ， 同 时 要 求 测 试 仪 能 测 定 过 载 保 护 延 时 时 间 。(5) 短 路 保 护高 压 综 合 保 护 器 的 短 路 保 护 可 在 580A之 间 分 档 整 定 ， 短 路 电 流 可 在 A相 或 C相 产 生 因 此 ， 要 求 测 试 仪 能 在 080A之 间 调 整 短 路 电 流 ， 并 能 分 别 以 A相 或C相 输 入 并 且 要 求 能 测 定 短 路 保 护 动 作 的 时 间 。(6) 漏 电 保 护高 压 综 合 保 护 器 的 漏 电 保 护 可 在 0.36A之 间 分 档 整 定 动 作 电 流 ， 因 此 ， 要 求测 试 仪 能 在 0 10A之 间 调 整 零 序 电 流 。 同 时 ， 能 检 测 漏 电 保 护 动 作 的 延 时 时间 和 零 序 电 压 。 零 序 电 压 应 能 在 0100V之 间 调 整 。4.2 井下低压电器综合保护装置4.2.1 矿用隔爆型低压馈电开关矿用低压防爆馈电开关是一种手动合闸，当线路出现过电流和漏电故障时能自动跳闸切断电源的供电开关。主要用于煤矿井下低压配电线路中，设置于第18 页 共40 页变压器出口一侧，作为低压电网干线总配电开关。其主要组成部分有：防爆外壳，断路器，控制装置，保护装置等。近年来，随着采煤机械化的发展，对于供电系统的继电保护也有了进一步的要求。为了使保护装置具有更广阔的调整范围和更为准确的动作特性，馈电开关中运用了性能良好的晶体管保护装置。对于电源总馈电开关，可以选用具有特大短路瞬动，短路短延时动作，过负荷长延时动作的三段保护特性集体观脱扣器。长延时部分作为电源变压器的过负荷保护。对于支路馈电开关，可选用特大短路瞬动，短路短延时动作的晶体管脱扣器。我国现在使用的低压防爆馈电开关，国产旧型号的有DW80，DW81两大系列，新型号的有DWKB30-200，DWKB30-400，DZKD-400/1140，DKZB-400/1140，DKZZ-400/600，BKD2等几个系列。前两种主要作为普通采掘工作配电的电源总开关，后面几种一般用于综合采掘供电系统，往往与高压开关及干式变压器配套，组成移动变电站。4.2.2 井下低压漏电保护装置井下低压供电，除少数采用移动变电站外，大多数由采区变电所向各工作点供电。由于供电距离长，井下工作条件恶劣，加上所用电缆大多为橡套电缆，机械强度较差，致使绝缘容易损坏。因此，漏电事故时有发生。漏电的后果，一是可能导致人身伤亡；二是大量的漏电电流如果长期存在，还有可能使电气设备的绝缘进一步恶化，造成相间短路，带来更加严重的后果。因此，必须采取切实可靠的漏电保护措施，及时将漏电故障切除，确保井下供电安全 12。漏电保护是井下低压保护的主要措施之一，尽管目前已有许多保护方法但每种保护装置都还存在一些不尽人意的地方。现场使用时，应根据实际情况寻求更加合理的保护途径，使漏电保护技术得到进一步发展。4.2.3 井下低压过流保护装置井下供电系统的任何部分出现超出起额定电流的过电流现象可能导致电气设备第19 页 共40 页的损坏或使用寿命的缩短，甚至引起井下电气火灾等恶性事故，造成过流故障或不正常运行状态主要有各种短路故障（三相、两相、匝间短路等）、断相故障、过负载运行、欠电压运行等。针对过电流现象采取的保护措施主要有：短路保护、过载保护、断相保护、欠压及失压保护。近年来为了进一步提高短路保护的灵敏度和快速性，在井下开始使用相敏过流保护和快速断电保护。因此，井下低压供电系统中除采取保护接地和漏电保护措施外，还应装设过载、短路保护装置 13，目的是当低压供电系统中发生过载或短路故障时，保护装置动作，及时而可靠地切除故障。4.3 电动机综合保护器的现状及发展矿用真空磁力启动器是一种矿山常用的组合电器，它主要由隔离换向开关、真空接触器、熔断器、继电保护装置、按钮等元件组成，用来控制和保护电动机。但目前我国自行生产的真空磁力启动器多为电磁式结构 14。电动机综合保护器按结构来分主要有两类：1、整体式结构：将传感元件、整定装置、电子插件，甚至显示单元于一体，整个保护器形成一件；2、分体式结构：通常传感元件（有时包括整定装置），电子插件各成一体，整个保护器由两件或两件以上构成。从电路构成来分主要有两类：1、模拟电路为主的保护器；2、数字电路为主的保护器。从功能来分可以有多种类型，目前来看较普遍的是两种：1、过载