【摘要】越級跳閘是影響煤礦供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的主要因素之一，針對礦井電網(wǎng)普遍存在的越級跳閘問題，提出通過綜合保護裝置的專用防越級跳閘通信接口及專用通信網(wǎng)絡(luò)，采用線路光纖差動保護技術(shù)及基于網(wǎng)絡(luò)智能識別的保護技術(shù)，解決礦井電網(wǎng)的繼電保護越級跳閘問題，并在最短的時間內(nèi)準確、安全的消除故障，避免越級跳閘，對于實現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備的全面自動化監(jiān)控具有重要的指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】越級跳閘；供電系統(tǒng)；綜合保護裝置；通信；自動化；應(yīng)用

引言

隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，礦井電網(wǎng)的規(guī)模也越來越大，各種重裝備、新設(shè)備的不斷投入，使礦井電網(wǎng)的運行環(huán)境更為復(fù)雜。因而，礦井電網(wǎng)的可靠運行對于井下安全、高效開采具有重要意義。由于煤礦特殊的生產(chǎn)環(huán)境，受礦井供電負荷增長、供電距離延伸及井下多級供電結(jié)構(gòu)的特殊性等因素的影響，井下電網(wǎng)基本不能應(yīng)用傳統(tǒng)的三段式電流保護，而只能使用速斷、過電流兩段電流保護作為井下電網(wǎng)的主保護和后備保護，以致電網(wǎng)保護系統(tǒng)的選擇性和靈敏性不能兼顧，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，造成繼電保護越級跳閘，影響井下電網(wǎng)的供電可靠性。越級跳閘不僅造成井下區(qū)域性的停電事故，更影響礦井各大系統(tǒng)的正常運行，如通風(fēng)系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)等，威脅著井下的安全生產(chǎn)和從業(yè)人員的人身安全。因此，研究井下防越級跳閘技術(shù)對于保障礦井安全生產(chǎn)和提高煤炭行業(yè)效益具有重要意義。

1、越級跳閘原因分析

由于井下環(huán)境較為復(fù)雜，造成井下越級跳閘事故的因素較多，主要有繼電保護方式原因、短路電流值較大、開關(guān)機構(gòu)配置不當(dāng)、電壓波動和電氣干擾等。

1.1繼電保護方式原因。電力行業(yè)常用的三段式過流保護方法并不適用于煤礦供電系統(tǒng)，而煤礦井下使用的逐段延時跳閘的時間級差整定方法存在較多問題，該方法級數(shù)多、短路保護動作耗時較長，當(dāng)發(fā)生過流事故時，開關(guān)會同時啟動跳閘功能，造成上級開關(guān)越級跳閘?，F(xiàn)有的縱差保護方法一般適用于長距離線路的短路保護，煤礦供電系統(tǒng)不僅需要保護變電所電源線路不發(fā)生越級跳閘，更需要在支路發(fā)生短路故障時避免總開關(guān)越級跳閘，造成其他非故障支路停電，而縱差保護不適用于煤礦供電系統(tǒng)一條進線多支路的情況，不能避免支路故障時總開關(guān)越級跳閘。

1.2短路電流值較大。由于煤礦供電系統(tǒng)的線路長度普遍較短，線路的電阻值小，出現(xiàn)了始端和終端電流差值較小的現(xiàn)象，由于上、下級的短路電流很難區(qū)分，速斷保護范圍基本為零，此時速斷保護作用不大。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，短路電流值超過上級開關(guān)所設(shè)設(shè)置的最大電流值會導(dǎo)致上、下級保護同時啟動，甚至上級搶先動作而造成越級跳閘。

1.3開關(guān)機構(gòu)配置不當(dāng)。隨著煤礦產(chǎn)量的不斷提高和負荷的不斷增加，煤礦井下所選用的高壓防爆開關(guān)也在不斷的更換，因此在選型上很難做到與地而變電所的供電設(shè)備合理配合。煤礦井下目前使用的高壓防爆開關(guān)動作時間由兩部分組成，一部分為繼電保護裝置的動作時間，包括采樣時間、單片機的處理時間以及繼電器信號輸出時間；另一部分為高壓防爆開關(guān)的同有動作時間，包括跳閘電磁鐵的動作時間、跳閘機構(gòu)動作時間和真空斷路器動作時間。由于井下環(huán)境潮濕，很容易造成高壓防爆開關(guān)機構(gòu)卡澀、不靈活，以至于增加開關(guān)的固有動作時間，加之開關(guān)質(zhì)量不佳、機構(gòu)復(fù)雜、部件較多容易出現(xiàn)機構(gòu)動作不靈敏的現(xiàn)象，造成當(dāng)發(fā)生短路故障時，地面的高壓開關(guān)柜動作快于井下的高壓防爆開關(guān)，造成了井下越級跳閘現(xiàn)象。

1.4電壓波動和電氣干擾。煤礦電氣設(shè)備運行環(huán)境潮濕，空間狹小，目前煤礦使用變頻器、軟啟動器等非線性設(shè)備較多，電網(wǎng)中的諧波、浪涌等干擾，會通過電源和通信線路干擾保護器的工作，目前煤礦開關(guān)的保護器抗干擾和電磁兼容性設(shè)計不完善，抗干擾能力差，多數(shù)沒有經(jīng)過國家級的電磁兼容檢驗，外界干擾極易造成保護器的誤動跳閘，保護器對外的干擾輸出也會造成同一線路上的保護器誤動跳閘，這是造成突發(fā)越級跳閘的主要原因之一。同時，由于供電系統(tǒng)擾動、大設(shè)備啟動、雷擊干擾、接地等原因都會造成供電系統(tǒng)瞬時電壓波動，當(dāng)瞬時電壓波動范圍低于額定電壓65%，由于失壓脫扣器的動作特性，系統(tǒng)中的開關(guān)失壓保護動作跳閘，造成不確定位置的開關(guān)跳閘。

2、礦井防越級跳閘技術(shù)的應(yīng)用

2.1礦井防越級跳閘技術(shù)。為了解決井下越級跳閘問題，通過綜合保護裝置的專用防越級跳閘通信接口及專用通信網(wǎng)絡(luò)，采用線路光纖差動保護技術(shù)及基于網(wǎng)絡(luò)智能識別的保護技術(shù)，解決礦井電網(wǎng)的繼電保護越級跳閘問題。為實現(xiàn)試驗系統(tǒng)的繼電保護選擇性動作，保護裝置設(shè)計專用的防越級跳閘光纖通信接口，采用光纖差動保護和基于網(wǎng)絡(luò)智能識別的保護技術(shù)實現(xiàn)繼電保護的選擇性動作。該防越級跳閘技術(shù)應(yīng)具有高實時性，采用專用的保護通信網(wǎng)絡(luò)傳遞保護故障信息，實現(xiàn)系統(tǒng)故障定位。防越級跳閘技術(shù)利用綜保設(shè)備間的信息聯(lián)系簡單、可靠的解決常規(guī)礦井供電中普遍存在的“故障越級跳閘、操作越級跳閘、失壓群跳”等嚴重影響供電安全的問題，通過先定位后隔離手段縮小事故情況下的停電范圍。防越級跳閘的關(guān)鍵技術(shù)之一是礦井的防越級跳閘網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，安裝于煤礦井下高壓防爆柜中的保護終端必須具備高速光纖數(shù)據(jù)通信接口，采用光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過上下級保護間的信息快速交互，實現(xiàn)故障定位，滿足保護選擇性及速動性要求，保護技術(shù)基于電流、時間、網(wǎng)絡(luò)互操作等要素綜合分析，實現(xiàn)故障定位，起到防止越級跳閘的功能，減小故障時的停電范圍。在開關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致開關(guān)拒動時可實現(xiàn)逐級快速后備保護，簡化保護配置，消除保護死區(qū)，電網(wǎng)中的所有保護裝置均設(shè)置為零時限，防越級跳閘系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須保證實時可靠性，不能影響保護固有性能。保護終端需配置完善的功能，在防越級跳閘網(wǎng)絡(luò)未建成或光纖通信中斷時不影響系統(tǒng)的安全運行。防越級跳閘網(wǎng)絡(luò)可實時在線監(jiān)視，在網(wǎng)絡(luò)故障時通過電力監(jiān)控接口實現(xiàn)故障報警。

2.2防越級跳閘技術(shù)展望。考慮到繼電保護系統(tǒng)傳輸快速性的要求，按照數(shù)字化變電站建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的要求，在同一個井下變電所內(nèi)保護終端與防越級通信服務(wù)器采用點對點光纖通信，變電所間的保護信息交互可以借用環(huán)網(wǎng)設(shè)備敷設(shè)的光纜中的備用光纖芯進行數(shù)據(jù)交互，在環(huán)網(wǎng)設(shè)備光纜建設(shè)時需要充分考慮系統(tǒng)擴展的需求。此外，防越級跳閘技術(shù)還需采用新型可靠的選擇性漏電保護原理，自適應(yīng)中性點不接地或者經(jīng)過消弧線圈接地方式，實現(xiàn)漏電保護的可靠動作，解決由于漏電保護功能不可靠影響礦井電網(wǎng)的供電可靠性的問題；井下防爆柜采用可靠的后備電源系統(tǒng)，實現(xiàn)失壓保護的準確動作，防止系統(tǒng)電壓瞬變時出現(xiàn)的失壓群跳現(xiàn)象，確保系統(tǒng)失壓、近端故障時能可靠斷開開關(guān)并完成與監(jiān)控平臺的信息交換。

3、結(jié)論

綜合保護裝置的專用防越級跳閘通信接口及專用通信網(wǎng)絡(luò)，采用線路光纖差動保護技術(shù)及基于網(wǎng)絡(luò)智能識別的保護技術(shù)，能在最短的時間內(nèi)選擇出系統(tǒng)內(nèi)的故障，并切除故障線路，有效解決了目前煤礦常出現(xiàn)的越級跳閘的現(xiàn)象，保證了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

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