本文關(guān)鍵詞：基于L-SSCB的礦井低壓供電系統(tǒng)快速斷電安全技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于我國煤礦井下的特殊工作環(huán)境,傷亡事故的發(fā)生率比任何工業(yè)部門都要高。雖然近年來煤礦傷亡絕對人數(shù)有所下降,但我國煤礦事故的死亡率明顯高于世界平均水平。煤礦發(fā)生事故后,如何在這樣惡劣的環(huán)境下迅速、安全的營救被困礦工,成為煤礦井下安全領(lǐng)域的新課題。建設(shè)煤礦緊急避險設(shè)施,在煤礦事故發(fā)生后,為未能緊急撤離或升井的煤礦工人提供暫時的安全場所,是解決這一問題的有效手段。但是如何在煤礦事故發(fā)生后瓦斯大量排放等惡劣環(huán)境下,保障煤礦緊急避險設(shè)施的電氣安全,使其不會發(fā)生二次爆炸,成為了煤礦緊急避險設(shè)施研究的關(guān)鍵和技術(shù)難點。本文將“快速斷電安全技術(shù)”引入煤礦緊急避險設(shè)施電氣安全保障中。通過對“快速斷電安全技術(shù)”的研究本文研制成功了“127V,2kW”礦用隔爆型避險設(shè)施專用快速斷電開關(guān)裝置,提高了緊急避險設(shè)施供電系統(tǒng)整體防火防爆性能,保證緊急避險設(shè)施供電系統(tǒng)的可靠性和安全性,對井下災(zāi)后救援,確保人員生命安全,提高我國煤礦的抗災(zāi)救災(zāi)水平具有非常重要的意義。快速斷電安全技術(shù),是指當(dāng)?shù)V井低壓供電系統(tǒng)發(fā)生電氣故障時,保護裝置能夠在可能引起爆炸性介質(zhì)燃燒或爆炸以前切斷電源或用其它方式隔絕向故障點的能量饋送,以達到系統(tǒng)“全方位”防爆安全的一整套安全技術(shù)與電氣設(shè)備�？焖贁嚯姲踩夹g(shù)的本質(zhì),是用各種方法和技術(shù)防止在電網(wǎng)發(fā)生漏電或短路故障時電火(漏電火花和短路電弧的統(tǒng)稱)外露,從而防止故障電火引燃周圍爆炸性介質(zhì)。本文詳細(xì)分析了現(xiàn)有煤礦電氣安全技術(shù)的原理及不足,指出只有采用快速斷電安全技術(shù)才能從根本上保證煤礦井下緊急避險設(shè)施的電氣安全。本文通過對電纜受機械創(chuàng)傷模擬實驗的研究和橡套電纜故障明火形成時間的分析,得出了快速斷電安全技術(shù)總斷電時間小于5ms的結(jié)論,為快速斷電安全技術(shù)時間指標(biāo)找到了理論依據(jù)。提出采用快速斷電安全技術(shù)保障井下緊急避險設(shè)施的電氣安全,建立礦井低壓供電網(wǎng)絡(luò)整體防火、防爆安全系統(tǒng)的技術(shù)觀點。本文詳細(xì)分析了煤礦井下單相漏電故障的暫態(tài)過程。對比分析了多種漏電保護取樣裝置的取樣時間,最終選擇“3C”型零序濾序器作為漏電保護取樣裝置,實現(xiàn)了漏電參數(shù)的3ms快速取樣。通過對漏電故障瞬間系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)的分析,提出了基于零序電壓一階導(dǎo)數(shù)為原則的動作整定辦法,可以在1.5ms內(nèi)判斷出單相漏電程度,對于127V系統(tǒng),保證動作上限值不大于3.5kΩ。提出最小二乘法參數(shù)識別法作為多線路選擇性快速漏電保護的暫態(tài)算法,礦用低壓電纜對地參數(shù)可以看成是由分布電容和絕緣電阻的并聯(lián)。當(dāng)單相接地故障時,系統(tǒng)就會形成零序網(wǎng)絡(luò),根據(jù)換路定則可以建立起單相漏電故障過渡過程中各條線路的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)多組采樣數(shù)值可反演出線路對地的分布參數(shù),識別出對地分布參數(shù)r∑和C∑。假定每一條線路都是正常線路,其對地絕緣電阻和分布電容符合上述模型,則計算出的r∑和C∑數(shù)值一定合理,說明該線路分布參數(shù)正常,線路沒有單相接地故障發(fā)生；如果某條支路的分布參數(shù)的計算值不合理(均為負(fù)值),說明該線路分布參數(shù)不符合模型,也就是說“該線路沒有發(fā)生單相接地故障”的假設(shè)是錯誤的,反證出判斷該線路發(fā)生了接地故障。通過4ATLAB仿真,對比了不同接地電阻和電源電壓初相角下最小二乘法參數(shù)識別法所辨識出的線路參數(shù)。結(jié)果表明：參數(shù)識別的結(jié)果都具有十分明顯的特征,即正常線路的分布電容和絕緣電阻均為正值,且分布電容的識別數(shù)值非常接近實際參數(shù)；故障線路的參數(shù)均為負(fù)值。實現(xiàn)了有選擇性的準(zhǔn)確快速切除漏電故障。本文對煤礦井下短路過程中電流變化曲線進行了分析,得出短路電流的沖擊值不但與回路的功率因數(shù)、相電壓初始相位有關(guān),而且受短路瞬間負(fù)載電流值的影響的結(jié)論,在對設(shè)備進行動穩(wěn)定校驗時,應(yīng)計算沖擊值。提出了利用空芯電流互感器進行短路電流采集的方案,并計算出了空芯電流互感器的頻率指標(biāo)特性和采樣電阻的阻值。研究表明短路發(fā)生后電流將經(jīng)歷一個突變的暫態(tài)過程,利用這一過程中電流變化規(guī)律,可以正確的區(qū)分正常電流和故障電流變化,所以對短路過程中電流變化一階、二階導(dǎo)數(shù)公式進行了推導(dǎo),使用MATLAB仿真出電流變化曲線,從電流變化曲線可以看出,采用電流一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)相結(jié)合的方法,可以實現(xiàn)全周波無盲點短路快速監(jiān)測判斷。通過對電動機起動電流的暫態(tài)分析,得出起動電流的一階、二階導(dǎo)數(shù)最大值在其它條件相同的情況下與起動回路的功率因數(shù)及起動瞬間相電壓的初始相位有關(guān),在進行快速短路保護設(shè)計時,應(yīng)采用暫態(tài)分析法,以確保動作的正確性。提出基于電動機起動電流一階和二階導(dǎo)數(shù)的快速短路保護整定方法,并對該整定方法進行了取樣時間分析,分析表明該方法的最大取樣時間小于3ms。提出了通過采集母線電壓和空芯電流互感器的二次電壓對回路發(fā)生短路故障的時間常數(shù)進行識別的方法,實現(xiàn)了短路電流的快速、可靠·切斷。本文在對電力電子技術(shù)進行研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于線路固態(tài)斷路器(L-SSCB)的煤礦井下緊急避險設(shè)施專用快速斷電開關(guān)裝置主電路結(jié)構(gòu),通過對中性點固態(tài)開關(guān)和線路固態(tài)中開關(guān)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對比仿真分析,得出了線路開關(guān)關(guān)斷時間更短,適用范圍更廣的結(jié)論。最終確定采用線路固態(tài)開關(guān)作為快速斷電安全技術(shù)的執(zhí)行裝置。通過仿真分析和計算求出了開關(guān)裝置輔助回路中,阻容吸收裝置的具體參數(shù)。分析了線路開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷機理,提出了計算L-SSCB關(guān)斷最大短路電流時間計算方法,并通過MATLAB仿真對該方法進行了驗證。對防爆殼內(nèi)電力電子器件的發(fā)熱-散熱問題進行了研究,設(shè)計了專用的熱管散熱裝置,該裝置完全滿足工業(yè)運行試驗的要求,解決了L-SSCB在防爆殼內(nèi)的散熱問題。在實驗室環(huán)境下對井下緊急避險設(shè)施專用快速斷電開關(guān)裝置的樣機進行了一系列的動態(tài)和靜態(tài)模擬實驗,其中包括：空芯電流互感器的特性試驗,掌握空芯電流互感器的暫態(tài)特性；空芯電流互感器和鐵磁互感器的對比實驗,驗證了空芯電流互感器在暫態(tài)信號提取方面的優(yōu)越性能；快速短路保護算法實驗,驗證了電流高階導(dǎo)數(shù)快速短路保護算法的準(zhǔn)確性和可靠性；快速漏電保護算法實驗,驗證了選擇性快速漏電保護算法的準(zhǔn)確性和可靠性；開關(guān)裝置關(guān)斷三相短路電流和漏電電流實驗。裝置在實驗中運行正常,對各種模擬現(xiàn)場情況能夠準(zhǔn)確地作出判斷,并且完成了預(yù)先設(shè)計的各項指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：快速斷電 暫態(tài)過程 漏電故障 短路故障 線路固態(tài)斷路器
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD611
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 研究背景和意義14-16
• 1.2 現(xiàn)有煤礦電氣安全技術(shù)及不足16-19
• 1.2.1 電氣防爆技術(shù)16-17
• 1.2.2 隔爆型電氣設(shè)備17
• 1.2.3 本質(zhì)安全電路17-19
• 1.3 快速斷電安全技術(shù)19-26
• 1.3.1 快速斷電安全技術(shù)基本概念19-20
• 1.3.2 快速斷電安全技術(shù)的核心內(nèi)容20-21
• 1.3.3 電纜受機械損傷的故障形成時間分析21-26
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀26-28
• 1.5 本論文的主要工作28-30
• 1.5.1 選擇性快速漏電保護技術(shù)的研究28-29
• 1.5.2 電流高階導(dǎo)數(shù)快速短路保護技術(shù)的研究29
• 1.5.3 快速斷電固態(tài)開關(guān)(SSCB)的應(yīng)用研究29-30
• 第二章 選擇性快速漏電保護技術(shù)30-62
• 2.1 快速漏電保護有效性分析30-35
• 2.1.1 人身觸電電流暫態(tài)分析30-35
• 2.2 快速漏電保護取樣技術(shù)35-47
• 2.3 選擇性快速漏電保護算法47-54
• 2.3.1 現(xiàn)有漏電保護原理及不足47-48
• 2.3.2 基于零序電壓一階導(dǎo)數(shù)的漏電保護整定值48-52
• 2.3.3 基于最小二乘法的模型參數(shù)識別法52-54
• 2.4 漏電故障仿真和參數(shù)識別法驗證54-60
• 2.4.1 不同接地電阻的仿真驗證55-57
• 2.4.2 不同電源初相角的仿真驗證57-60
• 2.5 本章小結(jié)60-62
• 第三章 電流高階導(dǎo)數(shù)快速短路保護技術(shù)62-98
• 3.1 短路故障快速測量技術(shù)62-71
• 3.1.1 概述62-63
• 3.1.2 空芯電流互感器測量電流的原理和方法63-71
• 3.2 礦井低壓電網(wǎng)短路故障暫態(tài)過程分析71-79
• 3.2.1 短路電流暫態(tài)分析71-73
• 3.2.2 短路沖擊電流73-77
• 3.2.3 電動機起動電流的暫態(tài)分析77-79
• 3.3 短路電流一階、二階導(dǎo)數(shù)綜合判據(jù)79-94
• 3.3.1 現(xiàn)有短路故障判斷方法及其不足79-82
• 3.3.2 短路故障快速判斷方法82-94
• 3.4 快速短路保護算法94-97
• 3.5 本章小結(jié)97-98
• 第四章 快速斷電開關(guān)技術(shù)98-128
• 4.1 快速斷電直流固態(tài)斷路器(SSCB)98-104
• 4.1.1 概述98
• 4.1.2 直流固態(tài)斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)98-104
• 4.2 L-SSCB的元件參數(shù)計算104-108
• 4.2.1 開路電壓104
• 4.2.2 通態(tài)電流104-106
• 4.2.3 最大浪涌電流106
• 4.2.4 主開關(guān)管的選擇106-108
• 4.3 L-SSCB關(guān)斷過程及關(guān)斷時間分析108-119
• 4.3.1 L-SSCB關(guān)斷過程108-109
• 4.3.2 L-SSCB固有斷電時間109-114
• 4.3.3 輔助回路中R_0、C_0的確定114-119
• 4.4 L-SSCB在防爆殼內(nèi)的散熱問題119-127
• 4.4.1 功率單元的熱損耗計算119-122
• 4.4.2 熱管冷卻裝置的設(shè)計122-123
• 4.4.3 熱管冷卻裝置的實驗123-127
• 4.5 本章小結(jié)127-128
• 第五章 樣機實驗及結(jié)果分析128-142
• 5.1 空芯電流互感器實驗128-133
• 5.1.1 空芯電流互感器特性試驗128-131
• 5.1.2 空芯電流互感器和鐵磁互感器在單相漏電故障中對比實驗131-133
• 5.2 快速斷電開關(guān)裝置靜態(tài)模擬實驗133-140
• 5.2.1 漏電故障參數(shù)識別實驗133-136
• 5.2.2 短路故障模擬實驗136-140
• 5.3 本章小結(jié)140-142
• 第六章 結(jié)論與展望142-146
• 6.1 結(jié)論142-143
• 6.2 創(chuàng)新點143
• 6.3 展望143-146
• 參考文獻146-156
• 致謝156-158
• 作者簡介158
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文158
• 在學(xué)期間參加科研項目158-159
• 主要獲獎159

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：基于L-SSCB的礦井低壓供電系統(tǒng)快速斷電安全技術(shù)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：295413