第2章矿用隔爆智能型真空馈电开关.docx
《第2章矿用隔爆智能型真空馈电开关.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章矿用隔爆智能型真空馈电开关.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第2章矿用隔爆智能型真空馈电开关
第2章新型矿用隔爆真空馈电开关
国产的新型矿用隔爆真空馈电开关生产厂家较多，其共同的特点是采用真空断路器，作为分路馈电开关使用时，具有选择性的漏电保护。
从控制保护装置来看，多数馈电开关采用微电脑控制，部分馈电开关采用电子控制保护装置，使用条件、操作方式、控制方式和主要功能雷同。
从额定容量来讲，1140V矿用隔爆型馈电开关额定电流为630A的产品以投放市场。
总得来讲，工作的可靠性进一步提高，体现了我国煤矿电气设备制造水平的进步。
2.1KBZ系列隔爆智能型真空馈电开关
本节介绍华荣集团有限公司生产的KBZ系列矿用隔爆型真空馈电开关（智能型）。
2.1.1概述
1.使用环境
海拔高度不超过2000m，周围环境温度-5℃~40℃，相对湿度不大于95%（25℃），在有爆炸性气体（甲烷混合物）的矿井中，无破坏金属和绝缘材料的腐蚀性气体的场所，无剧烈振动和冲击的地方，无滴水及其他液体浸入的地方，垂直面安装倾斜度不超过150的地方。
2.性能特点
（1）KBZ系列智能型馈电开关采用真空断路器分/合主电路，电磁合闸，机械保持，远方分励脱扣、欠压脱扣，维修量小，工作可靠，寿命长。
（2）微电脑控制，保护功能完善。
具有欠压、失压、过载、短路、三相不平衡、漏电闭锁、瓦斯断电、对称性漏电保护、选择性漏电保护功能，并可外接远方分励脱扣按钮。
（3）采用液晶汉显智能保护器，适应范围广，保护精度高；具有故障显示功能；具有RS-485通信接口。
3.用途
KBZ系列馈电开关适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿井下，在交流1140V、660V、380V，50Hz，电流为200A、400A中性点不接地的三相电网中，作为配电总开关、分支开关，也可作为大容量电动机不频繁起动用。
KBZ-□/□A型号意义：
K馈电开关，B隔爆型，Z真空，分子上□表示额定电流，分母上□表示额定电压，A改进型。
4.技术特征
（1）主要技术参数（见表2.1）
表2.1主要技术参数
型号
额定电压/V
额定电流/A
额定短路接通与分断能力/A
电缆外径/mm
操作方式
工作制
1140V
660V
380V
电磁合闸，电磁分闸
长期工作制
KBZ-200A
1140V，660V，380V
200
4500
7500
9000
42~78
KBZ-400
400
7500
9000
12500
42~78
（2）保护功能的特性参数（见表2.2）
表2.2保护功能参数
过载保护
短路保护
欠压保护
过载倍数
动作时间
状态
复位方式
整定值:
（6~10）
（
为额定电流），瞬时动作
动作范围：
（35%~75%）
（
为额定电压）；动作时间：
0.1s~5s
1.05
∞
1.20
0.2h~1h
从热态开始
手动
1.50
90s~180s
从热态开始
手动
2.00
45s~90s
从热态开始
手动
6.00
8s~14s
从冷态开始
手动
（3）漏电闭锁与漏电保护（见表2.3）
电网电压/V
单相漏电电阻动作整定值/kΩ
单相漏电闭锁电阻整定值/kΩ
动作时间/s
瞬时
延时
380
3.5+20%
7+20%
≤0.15s
0~5s可调
660
11+20%
22+20%
1140
20+20%
40+20%
（4）选择性漏电保护：
对下属电网中出现漏电故障，采用功率方向法，有选择性漏电保护跳闸。
（5）三相不不衡保护：
可对三相负载进行缺相及相不衡保护。
2.1.2结构特征
1.整体结构
馈电开关的隔爆外壳呈方形，用4只M12螺栓与底撬形底座相连，隔爆外壳分为上下两个空腔，分别为接线腔与主腔。
接线腔在主腔的上方，它集中了全部主回路与控制回路的进出线端子，主回路电源进线端子上罩有防护板。
接线腔两侧各有两个主回路进出线喇叭口，可以引入电缆外径为ф42~ф78的电缆。
主腔由主腔壳体与前门装置组成，主要装有主体芯架和千伏级电源控制开关，前门采用快开门结构。
2.主要器件安装
交流真空断路器安装在主腔内，动力电源三根进线直接接在断路器的进线端子上，三根出线接在断路器的出线端子上。
千伏级电源控制开关安装在主腔的右侧壁上方，由连接套与主腔外的操作手把相连。
电流互感器安装在断路器下方，零序电流互感器安装在断路器的出线端。
侧板上装有中间继电器、磁放大器、钮子开关、阻容吸收器、前门插座、断路器插座和七芯接线柱的插座。
前门上装有变压器、起动按钮、停止按钮、试验按钮、保护器整定按钮、保护器、保护器电源等。
前门与外壳之间设有可靠的机械闭锁，保证真空断路器跳闸后才能开门。
当需要打开馈电开关前门时，必须先将右侧壁上的电源控制开关手把打至断开位置（中间位置），断开控制电源，断路器因控制电源断开失电而自动分闸，然后拧进闭锁杆，使其里端进入电源开关手把的闭锁孔内，将电源开关闭锁在断开的位置上，其外端才能脱离前门上的限位装置，解除前门闭锁，才能打开前门。
前门闭合的方法与打开时程序相反。
2.1.3合闸/分闸操作过程
KBZ-400（200A）系列矿用隔爆型真空馈电开关电气原理如图2.1所示。
1.合上控制电源开关
断路器合闸前，合上控制电源开关SA，控制变压器TC1得电，1140V（或660V，380V）/127V，36V，24V，10V，4V。
AC127V给断路器QF吸力线圈和电源模块供电；AC36V给中间继电器KA供电；AC24V给整流桥QL2供电，即为断路器QF吸力线圈的保持电源；AC10V给保护器供电；AC4V为短路保护的试验电源。
这时，从观察窗看到保护器的相应指示（保护器自检）。
在正常情况下，保护器BJ的常闭接点F断开，常开接点S闭合，为合闸控制准备。
2.合闸操作
按下合闸按钮SB→中间继电器KA得电吸合→常开接点KA-1,KA-2闭合→整流桥QL1接通AC127V电源，整流桥QL2接通AC24V电源→断路器QF线圈得电吸合→
→断路器QF合闸；
辅助常闭接点QF-1打开→QL1交流电源串入电容器C；
辅助常开接点QF-2闭合→中间继电器KA自保回路接通；
辅助常开接点QF-3闭合→为短路试验准备；
辅助常开接点QF-4闭合→将断路器合闸信息反馈给电脑保护器BJ；
辅助常开接点QF-6闭合、常闭接点QF-7打开→对外提供。
图2.1KBZ-400（200A）系列矿用隔爆型馈电开关电气原理图
3.分闸操作
按下分闸按钮SBS→常闭层SBS-1断开了中间继电器KA吸力线圈回路；常闭层SBS-2断开了断路器QF吸力线圈回路→QF跳闸。
2.1.4漏电保护工作原理
1.选择性漏电保护
选择性漏电保护采用零序功率方向原理。
即，根据零序电流的大小和零序电压电位的高低及零序电压和零序电流的相位关系来判断是否有漏电故障。
在图2.1中，当动力回路发生漏电时，三相电抗器SK组成人为的中性点，中性点对地产生一零序电压信号，经C1、TC2移相后送入综合保护器的U0脚；零序电流信号由零序电流互感器TA取得，直接送入综合保护器的I0脚。
当动力电缆较短，即分布电容较小时，零序电流互感器次级感应的电流信号过小达不到门槛值，必须加三相对地分布电容进行补偿，补偿电容大小范围为0.22μF~1μF之间。
零序电压信号和零电流信号经综合保护器进行处理，当满足所设定的预值时，再比较U0与I0的相位关系，当两者均符合零序功率方向条件时，综合保护器内继电器动作，常开接点S断开，常闭接点F闭合→中间继电器KA断电释放→常开接点KA-1、KA-2断开→断路器QF线圈断电释放→QF分闸→实现选择性漏电保护。
2.漏电保护工作原理
断路器QF在合闸运行中，如果电网对地绝缘电阻下降至规定值及下时，保护装置动作，断路器跳闸，称为漏电保护，或漏电跳闸。
当开关SA1拔至“总开关”时，SA1-3闭合，电源模块输出直流DC36V对动力电缆进行绝缘测试，其绝缘电阻测试通路为：
电源模块DC36V→SA1-3接点→接地极ZD→大地→动力电缆对地绝缘电阻→动力电缆→三相电抗器SK→电阻R1→综合保护器RJ脚→综合保护器内部，公共端COM1→电源模块的COM1。
当动力电缆未漏电时，直流测试电流很小，保护装置不动作，断路器正常运行。
当动力电缆发生漏电时，即三相动力回路对地绝缘电阻下到一定值时，综合保护装置内部继电器动作，其常开接点S断开，常闭接点F闭合（正常时S闭合，F断开）→中间继电器KA线圈断电释放→常开接点KA-1、KA-2打开→断路器QF线圈断电→断路器QF跳闸。
3.漏电闭锁工作原理
漏电闭锁是指，当断路器合闸前，动力电缆对地绝缘电阻小于规定值，保护装置动力，断路器不能合闸，称为漏电闭锁。
断路器QF合闸前，辅助常闭接点QF-5闭合，动力跨路绝缘电阻测试通路为：
电源模块DC36V→QF-5→接地极ZD→大地→动力电缆对地绝缘电阻→动力电缆→三相电抗器SK→电阻R1→综合保护器RJ脚→综合保护器内部，公共端COM1→电源模块的COM1。
当动力电缆未漏电时，直流测试电流很小，电网对地绝缘电阻很大，保护装置不动作。
当动力电缆对地绝缘电阻下降至规定值时，综合保护装置内部继电器动作，其常开接点S断开，常闭接点F闭合→中间继电器KA线圈不能得电→常开接点KA-1、KA-2不闭合→断路器QF线圈不能得电→断路器QF不能合闸→实现漏电闭锁。
4.KBZ馈电开关做总开关、分路开关的接线方式
图2.2为KBZ馈电开关做总开关、分路开关接线示意图。
图2.2KBZ接线图
5.补偿电容
当电缆的分布电容不足时，选择性的漏电保护不动作，可在总开关的输出端（隔爆主腔内）并接三相电容器进行补偿，电容器的中性点接地。
电容器的额定电压不低于电网的额定电压。
在井上试验时，由于分布电容很小，需在总开关的输出端加三相电容器。
井下试验一般不需另加分布电容器（如果不动作可能分布电容太小，需加模拟分布电容器），把门板后面的1个“总/分”钮子开关SA1拔到“分开关”位置后，需要断开电源再合上电源，综合保护器显示屏上显示为“分开关”，进行合闸后，再在支路1端做漏电试验时只跳分开关1，总开关和分开关2、分开关3不跳闸；在支路2端做漏电试验时只跳分开关2，其余开关不跳闸。
6.注意事项
（1）馈电开关在使用中，1台变压器线路，即1个供电单元只能有1台馈电开关做总开关，其他做分开关使用。
（2）KBZ馈电开关的辅助接地极FD与该开关的主接地极ZD即外壳接地的距离应大于5m。
63#、65#为瓦斯控制接点；55#、57#为远方脱扣；2#、12#为其他闭锁接点（不用时短接）；断路器辅助接点QF-6、QF-7为馈电开关工作状态接点。
2.1.5过流保护的整定及调试及故障显示
1.过流保护的传感电路
电流互感器TA1~TA3为完全星形接线，将动力回路大电流变为小电流，直接送给保护器BJ进行过载、短路、相不平衡及缺相保护的信号处理，任一故障大于设定值时，保护装置动作，其常开接点S断开，常闭接点F闭合，断路器跳闸。
2.保护装置的整定
总/分钮子开关拔位后，要断开电源再合上电源方有效。
（1）说明
1）在正常分闸状态
显示系统电压；可按上移或下移键定位显示绝缘电阻，按返回键返回电压显示屏，不按键3min自动返回；按设置键可进入参数设置状态。
显示：
660V正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
2）运行状态（合闸状态）
轮流显示三相电流值；按上移或下移键可定位显示A，B，C三相电流中的任一相电流值，按返回键返回；按设置键可查看设置参数。
显示：
400A正常
A相电流合闸
B相电流
C相电流
欢迎使用华荣防爆
3）故障状态（分闸）
系统出现故障，延时期间指示灯闪烁，跳闸后显示故障信息，按返回键返回。
显示：
过流
1286A故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
（2）参数整定
本保护只有在分闸且故障状态下才能进行整定。
4个整定按钮为：
返回（复位）、上移、下移、设置（确认）。
整定方法：
按设置键依次显示：
额定电流、短路电流、漏电延时、不平衡度、不平衡延时、电压等级、电压微调、电流微调、欠压、欠压延时、预值、选漏延时。
显示需要整定的项目时，按上移或下移键改变参数值，按设置键保存，按返回键返回。
1）额定电流整定
电流整定值范围：
80A~630A可调，步长为5A。
显示：
额定电流
设
置400A正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
2）短路电流整定
短路电流整定范围：
1~10倍额定电流，步长为1倍的额定电流。
显示：
短路电流
设
置2800A正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
3）漏电延时整定
漏电延整定范围：
0~5000ms可调，步长为20ms。
显示：
漏电延时
设
置1500ms正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
4）三相不平衡度
三相不平衡范围：
35%~100%可调，步长不1。
显示：
不平衡度
设
置75%正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
5）不平衡延时
不平衡延时时间范围：
100ms~5000ms可调，步长20ms。
显示：
不平衡延时
设
置5000ms正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
6）电压等级
电压等级选择范围：
380V、660V、1140V共3个等级。
显示：
电压等级
设
置660V正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
7）电压微调
电压微调范围：
0~6.552，步长为0.001。
校准电压值可通过计算，例：
额定电压660V，显示值600，660÷600=1.1，调整电压微调系数为1.1，按保存即可，出厂时已设定。
显示：
电压微调
设
置1.000V正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
8）电流微调
电流微调范围：
0~6.552，步长为0.001。
电流微调同电压微调一样，出厂时已设定。
显示：
电流微调
设
置1.500A正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
9）欠压
欠压整定范围：
35%~90%可调，步长为1。
显示：
欠压
设
置85%正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
10）欠压延时
欠压延时整定范围：
100ms~5000ms可调，步长20ms。
显示：
欠压延时
设
置5000ms正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
11）预值
预值整定范围：
0.10~2.50可调，步长0.01。
显示：
预值
设
置.80正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
12）选漏延时
选漏延时范围：
0~1000ms可调，步长20ms。
显示：
选漏延时
设
置20ms正常
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
（3）故障显示
1）漏电保护
显示：
漏电
1500ms故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
2）选漏保护
显示：
漏电
20ms故障
分开关分闸
欢迎使用华荣防爆
3）欠压保护
显示：
欠压
400V故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
4）A相断相保护
显示：
断相
A故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
5）B相断相保护
显示：
断相
B故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
6）C相断相保护
显示：
断相
C故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
7）三相不平衡保护
显示：
不平衡
5000ms故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
8）过流保护
显示：
过流
1286A故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
9）漏电闭锁保护
显示：
漏电闭锁
kΩ故障
总开关分闸
欢迎使用华荣防爆
分路开关的整定同上。
2.1.6故障分析及排除（见表2.4）
表2.4KBZ-400（200A）故障分析及排除
故障现象
原因分析
排除方法
上电后保护器无正常显示
1.保护器上电后完成自检工作,在自检过程中出现CPU死机现象
2.保护器无+5V、-5V电流输入
3.保护器内部因为某种原因烧毁
1.重新上电,等待保护器重新启动
2.检查保护器电源是否正常供电,包括变压器、开关电源等
3.更换保护器
总开关漏电、漏电闭锁及漏电试验、分开关漏电闭锁保护不动作
1.试验按钮故障
2.开关装置未正常接地
3.保护器烧毁
1.检查电阻R1、电抗器等信号转换元件是否完好，其线路是否接通
2.检查接地点接地情况，应接触良好
3.更换保护器
断路器无法合闸
1.变压器送给合闸线圈的电压出现过电压或低电压现象
2.合闸按钮损坏
3.断路器线圈烧毁或操作机构故障
4.保护器接点故障
5.中间继电器KA损坏
1.解决供电质量问题
2.更换合闸按钮
3.更换断路器
4.更换保护器
5.更换中间继电器
当开关作为分路开关使用时，出现漏电却总开关跳闸，不能实现选择性漏电保护
1.开关的“总/分”选择开关未置于“分开关”位置上
2.分布电容过大或过小
3.总开关的动作时间适当加长
4.分开关的阀值调整过大
5.分开关保护器损坏
6.检查分开关I0和U0信号输入元件或线路损坏
1.断电后选择开关置于“分开关”位置即可实现选择性漏电保护
2.分布电容补偿至0.22μF~1μF
3.漏电动作时间＞800ms
4.调小阀值
5.更换保护器
6.检查元件及线路,更换或维修
运行时经常跳闸
1.跳闸时,保护器会记录跳闸故障原因,如经常出现的漏电故障,为电缆热绝缘性能老化及所带设备存在漏电现象
2.如经常出现短路故障,为保护器内部设备不合理或出现电缆内部绝缘老化造成短路现象
3.如出现欠电压故障
4.如出现三相不平衡故障
5.保护器故障
1.检查电缆绝缘性能
2.重新设置保护器额定电流及整定跳闸电流值
3.检查TC1控制变压器10V电源是否输入保护器
4.检查电流互感器及实测线路电流情况
5.更换保护器
2.2KBZ-400（200）/1140（660）Z（F）矿用隔爆型智能化真空馈电开关
KBZ-400（200）/1140（660）Z（F）矿用隔爆型智能化真空馈电开关是山西长治市防爆电器有限公司生产的新型真空馈电开关，下面对其工作原理做一简单介绍。
2.2.1概述
1.使用环境
周围环境温度为-5℃~+40℃；矿井大气压（0.08~0.11）Mpa；周围空气湿度不大于95%；在有瓦斯、煤尘爆炸性气体混合物的环境中；在无破坏绝缘的气体或蒸汽的环境中；与水平面的安装倾斜度不超过150；能防止滴水的地方；污染等级为3级。
2.性能特点
采用微电脑控制保护，10×5汉字液晶显示器，配合菜单操作简便。
真空断路器电磁分/合闸，电磁合闸，机械保持。
极限分断能力8000A（4000A）。
做分路开关时能实现有选择性的漏电保护。
3.用途
KBZ-400（200）/1140（660）Z（F）适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中，在交流50Hz、额定电压1140V（660V）、额定电流400A及以下的中性点不接地电网中，作为总开关（Z）、分路开关（F），也可作为大容量电动机不频繁起动的控制开关。
当供电线路出现过载、短路故障时，该开关自动切断电源；当供电线路发生漏电故障时，能快速而有选择性地切除漏电支路；分开关还具有漏电闭锁功能；总开关具有绝缘电阻监测、对配电分开关漏电保护起后备保护作用。
严禁带电开盖。
型号意义：
KBZ-400（200）/1140（660、380）Z（F），K为馈电开关，B防爆，Z真空，400（200）为额定电流（A），1140（660、380）额定电压（V），Z做总开关，F为分路开关。
4.技术特征（见表2.5）
表2.5KBZ-400（200）/1140（660、380）Z（F）技术特征
额定电压/V
额定电流/A
极限分断能力/A
操作方式
过载保护
漏电保护
过电流/整定电流
动作时间/s
脱扣器状态
额定电压/V
单相漏电电阻整定值/kΩ
单相漏电闭锁电阻整定值/kΩ
1140
660
380
400
（200）
8000
（4000）
电磁合闸/分闸
1.05
2h不动作
冷态
380
3.5
7
1.2
0.2h~1h动作
热态
660
11
22
1.5
90s~180s
热态
1140
20
40
2
45s~90s
热态
电网对地电容/μF
0~1
4
14s~45s
热态
电网对地电阻/kΩ
10~100
6
8s~14s
冷态
电网支路对地电容/μF
0~0.33
1）过载保护。
整定范围：
（0.4~1）
（
为开关的额定电流）。
2）短路保护。
整定范围：
（3~10）
，瞬时动作。
3）欠压保护。
整定范围：
（70%~35%）
（
为额定电压），动作时间8s不可调。
4）保护器的钮子开关打在“总开关”的位置时，如果主线路发生漏电现象或者是分支线路漏电时拘动，总开关会在设定的150ms时间内跳闸。
2.2.2结构特点
1.结构
本馈电开关采用快开门结构，开/关门简单快捷，当手柄打到“闭锁”位置时，拧出联锁杆，顺时针转动手柄，门盖即可打开。
门板上设有综合保护器、电源保护器、液晶显示器、试验按钮及复位按钮。
主腔内左侧装有断路器，断路器后面装有试验电阻、零序电流互感器。
主腔内右侧装有立板，立板上装有组合开关、变压器、电抗器、RC阻容吸收器、熔断器及拔插保险。
2.控制系统
本馈电开关采用先进的微处理器，高精度数据处理及先进的保护算法，保护精度高，反映速度快。
采用10×5汉字液晶显示器，配合菜单式人机交互界面，操作直观简单。
运行时实时显示当前三相电流、系统电压和合/分闸状态。
各项保护功能参数均可以通过菜单选择调整。
具有记忆功能，每次调整的各项参数均被记忆保存，下次上电或系统复位时自动提取上一次设定的参数。
具有记忆故障信息功能，包括上一次的故障类型、故障时间，故障发生时三相电流值、系统电压值均保存，可以通过菜单调出，便于维护。
可选择数据通信口与控制系统联接，根据用户需要可以配置RS-485或电力线载波通信接口。
保护器采用模块化结构设计，优化的软硬件抗干扰处理，寿命在为提高。
2.2.3工作原理
KBZ-400（200）/1140电气原理如图2.3所示。
图2.3KBZ-400（200）/1140（660）Z（F）矿用隔爆型智能化真空馈电开关原理图
1.各元件的作用
（1）真空断路器ZK。
型号ZK3-1.14/400-7.5-T。
作用：
正常工作时接通/切断被控制的动力回路。
故障时，能自动切断动力回路的短路电流。
有3种脱扣方式：
欠压脱扣、分励脱扣、手动脱扣。
欠压脱扣是由保护器提供DC50V直流电压，在正常工作情况下，使它保持在吸合状态；当发生欠电压或过电流时，保护器断开欠压线圈的电源，欠压脱扣器动作，断路器跳闸。
（2）控制变压器BK1。
1140V（660V）/127V，50V
升级会员 