1概述

　　随着煤矿开采技术的提高和矿井年产量的增加，大型、超大型矿井日益增多，矿井中的巷道越来越长，井下需要的照明距离也相应加长。《国家煤矿安全规程》相关规定指出：使用机车的主要运输巷道、兼作人行道的集中带式输送机巷道、升降人员的绞车道以及升降物料和人行交替使用的绞车道，其照明灯的间距不得大于30m；综合机械化采煤工作面，照明大门间距不得大于15m[1]。而且一些先进矿井实施亮化工程，要求灯具间距做到不大于10m，因此所需照明设备的数量也随之增多，供电距离也不断加长。目前，我国矿用隔爆型真空照明信号综合保护装置电源变压器额定容量一般为2.5kVA、4.0kVA，难以满足我国现有大型矿井的发展需求，为此，研发矿用隔爆兼本质安全型10.0kVA真空智能照明信号综合保护装置（以下简称"照明综保"），为127V照明及信号负载提供可靠的供电、控制和保护。其主要特点具有容量大、保护距离长，保护功能全面、动作安全可靠等优点。

　　2整体结构

　　外壳机构采用方形壳体结构，具有快开门门盖结构，门盖与壳身之间具有机械闭锁结构，当隔离开关处于合闸状态下门盖无法打开。壳身上方设有接线腔，用于接入来自电源及其照明、信号负载和控制线的连线；壳身内部装有10.0kVA电源变压器、隔离开关、接触器等组件；门盖上装有智能保护器、显示屏、控制按钮等。通过门盖上的控制按钮操作人员可以对照明综保进行分闸、合闸及其参数的整定。

　　3电源变压器

　　本照明综保电源变压器采用10kVA大容量变压器，一次电压为1140V/660V，二次侧电压为133V。煤矿井下照明用防爆灯功率按60w计算，2.5kVA的照明综保可以带41盏防爆灯，4.0kVA的照明综保可以带66盏防爆灯，而10.0kVA的照明综保可以带166盏防爆灯；井下照明设备间隔按10m计算，即2.5kVA的照明综保可以提供的照明长度为410m，4.0kVA的照明综保可以提供的照明长度为为660m，而10.0kVA的照明综保可以提供的照明长度可达到1660m。由此可见，大容量的照明综保可以满足更加远距离、更加亮化的照明供电需求。

　　4显示功能

　　照明综保配有液晶显示屏，可实时显示当前系统状态、三相系统电压、三相系统电流、漏电阻值、工作频率及其当前时间。与门盖上的整定按钮配合使用可实现对照明综保的参数进行整定。

　　5保护功能及其原理

　　5.1短路保护

　　照明综保短路保护通过对线路的电流取样，采用鉴幅式特性进行保护。上文中通过10kVA电源变压器容量计算所能提供的照明长度可达到1660m，但实际保护距离并不一定可以达到，在井下127V供电系统中，照明综保短路保护电流整定值根据《煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则》中供电电网中两相最小短路电流整定值必须选用额定电流的1.2～1.5倍的规定[2]。照明综保二次侧额定电压取其标称电压133V，则计算的10kVA电源变压器二次侧额定电流为43.4A，其两相最小短路电流取其下限1.2倍，两相最小短路电流计算：Id=43.4×1.2=52.08A，所以短路电流整定值确定为52A。

　　当照明综保的二次侧两相最小短路电流整定值选定后，还要通过照明综保的电源变压器和所配用的电缆参数才能计算出最远短路保护距离。本照明综保二次侧额定电流为43.4A，从电缆载流量方面考虑按配用电缆按6mm2计算。短路计算公式为：

　　（1）

　　10kVA电源变压器线圈电阻值取R1=0.0495Ω，电抗值取X1=0.05Ω；6mm2电缆的电阻值取R2=3.13Ω/km，电抗值取X2=0.095Ω/km。带入公式（1）得：

　　计算结果L=0.4km（理论计算值）。

　　即：照明综保当选用6电缆且短路电流整定值为52A时最大短路保护距离的理论值为400m。利用同样的方法信号短路整定值按5A、选用2.5mm2计算可得保护距离为1100m（理论计算值）。当线路中的电缆使用其他截面积时，根据公式（1）带入计算即可；如果实际要求短路保护距离大于上述计算值时，且所带负载没有达到满负荷时可适当的减小短路电流整定值或采用截面积更大一些的电缆来实现。

　　5.2其他保护功能及原理

　　照明综保还具有以下保护功能：a.漏电和漏电闭锁保护：采用附加直流的方法对线路绝缘电阻进行实时监测，实现保护；b.电压保护：采用鉴幅式的方法对线路电压取样实现过电压、欠电压保护；c.风电闭锁和瓦斯电闭锁保护：保护器上有两组输入点，可接入瓦斯探测仪和风机开关连锁点，实现对停风和瓦斯超标的报警功能。

　　6本质安全型通讯

　　随着我国科学技术的发展，数字化矿山成为我国煤炭行业的发展趋势，实现煤矿井下变电所无人值班的自动化控制，可使煤炭生产更加高效、安全。本照明综保具有上位通讯功能采用本质安全型通讯方式，在智能保护器内部添加了光耦隔离件使上位通讯更加安全可靠，采用标准的Rs_485通讯接口，Modbus通讯协议，可实现煤炭生产自动化控制的"四遥"功能。

　　7结束语

　　本产品的成功研制，满足了大型矿井大负荷照明供电的需要，可以减少矿井设备的投资，采用智能保护器各项保护功能达到国内先进水平，对煤炭生产有较大的经济效益和社会效益。

　　参考文献

　　[1]国家煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

　　[2]煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则[M].北京：煤炭工业出版社，2011.