新型固态继电器在煤电钻综合保护装置中的应用

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1、新型固态继电器在煤电钻综合保护装置中的应用孙慧峰崔新跃平顶山工业职业技术学院，河南平顶山467001摘要：本文指出了原煤电钻综合保护装置存在的短路保护动作时间长的问题，分析了产生该问题的原因，并提出了改进措施，使改进后的新型煤电钻综合保护装置的短路保护动作时间大大缩短，解决了现有产品短路保护动作时间长的问题，并能有效的防止意外事故的发生。关键词：固态继电器；煤电钻；综合保护装置1问题的提出煤电钻是煤矿井下采掘工作面的主要生产设备，而煤电钻综合保护装置性能的好坏将直接影响着煤矿安全生产顺利进行，煤矿

2、井下安全生产要求：当煤电钻系统出现短路故障时，其综合保护装置能快速动作切断电源，防止意外事故发生。原有煤电钻综合保护装置的保护执行回路采用中间继电器控制执行机构，执行机构采用接触器，其主电路原理图如图1所示。受机电时间常数的制约，原有煤电钻综合保护装置存在短路动作时间长（达100ms），已不能满足现代化矿井安全生产的要求。为有效的防止短路故障可能引发的事故，就必须缩短短路保护动作时间。KMTMFRQSM~ABC图1现有煤电钻综合保护装置主电路原理图新型固态继电器是以电力电子器件构成的电力电子开关，

3、属无触点通断组件，具有开关速度快、操作方便、无火花及拉弧现象等特点，适合在频繁工作或潮湿、有腐蚀性气体以及易燃气体的环境中。而煤矿井下含有大量的瓦斯、煤尘等易燃易爆物质，使用由全控型电力电子器件构成的新型直流固态继电器和以双向晶闸管为核心的交流固态继电器作为执行机构应用到煤电钻综合保护装置中，代替原有的中间继电器和交流接触器，便能解决现有产品短路保护动作时间长的问题。2新型固态继电器在煤电钻综合保护装置中的应用2．1新型煤电钻综合保护装置常见的半导体中性点开关均采用普通晶闸管或晶体管、整流器件构成

4、，压降大，功耗大。并且由于电路拓扑结构及器件性能的影响，导致半导体中性点开关的关断时间过长，因此，不能满足快速关断要求或引起电感过电压（电压上升率），造成中性点开关失控现象。采用由全控型器件组成的新型半导体中性点开关便可解决上述问题。利用由电力电子器件构成的半导体中性点开关将变压器二次绕组接成Y点（Y接），当出现短路故障时，半导体中性点开关利用电力半导体器件将变压器二次绕组Y点快速断开，即快速切断电源，从而缩短保护动作时间。改进后的新型煤电钻综合保护装置主电路如图2所示，该主电路主要由隔离开关QS

5、1，操作手柄开关QS2，做短路后备保护的一、二次侧熔断器FU1、FU2，主变压器TM，由直流固态继电器组成的新型半导体中性点开关，交流固态继电器和起过载保护作用的热继电器组成。其执行机构采用改进型的快速断电技术（直流固态继电器）和无触点开关（交流固态继电器）控制执行。图2新型煤电钻综合保护装置主电路原理图新型半导体中性点开关MQS2TMABCFU1FU2QS1交流固态继电器FR由绝缘栅双极晶体管IGBT器件构成的新型半导体中性点开关具有结构简单，关断能力强，开关压降、功率低，管子或模块容量大的特点

6、，将新型半导体中性点开关技术与故障电信号快速检测技术相结合，应用到煤电钻综合保护装置中，将大大缩短短路动作时间（从接收到短路信号到完全断开所需时间约41ms），提高我国煤矿安全技术水平。2．2半导体中性点开关的基本组成由新型直流固态继电器组成的半导体中性点开关的基本组成如图3所示，它包括三相不控整流桥、由IGBT器件构成的直流固态继电器及过电压吸收装置三部分。由于直流固态继电器的断开速度非常快（1ms左右），使得感性负载回路瞬间产生很高的反电压（千伏级），快速断电产生的过电压由阻容吸收装置RC及压

7、敏电阻RP吸收，并将其限制在470V以内，保证直流固态继电器不被击穿。uvwZuZvZw0uuuvuw三相桥RPRC直流固态继电器控制信号图3桥接式直流固态继电器半导体中性点开关电动机三相绕组变压器二次绕组将新型直流固态继电器应用到煤综保中之后，其工作原理如下：合上电源隔离开关QS1，接通电源，给直流固态继电器加上控制信号使之导通，变压器二次侧接成Y点；合上负载侧隔离开关QS2，然后触发交流固态继电器使之导通，电动机接通电源，煤电钻开始工作。当检测回路检测到故障信号时，发出指令，切断直流固态继电器

8、的控制信号，直流固态继电器关断，使得主变压器二次侧中性点断开，从而断开主回路电源，快速实现保护。2．3煤电钻综合保护装置中直流固态继电器参数的选择设电路正常工作时，某一瞬间的等效电路如图4所示。则电路正常工作时，直流固态继电器和三相桥中每个整流管所承受的最高电压考虑2～3倍余量Um=（2～3）×U2=（2～3）××127V=359.156V～538.734V。对于4kW的煤电钻，其额定电流:IN=P/UNcosφN=4000/(×127×0.85)=21.4A，则流过负载uwZuZ