趙彩霞+劉為國

【摘 要】煤礦供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行是煤礦安全生產(chǎn)的保障，但是，煤礦特殊的供電環(huán)境，使得越級跳閘問題普遍存在。一旦發(fā)生故障，極易引發(fā)大面積停電，影響煤礦采煤進(jìn)度，更為嚴(yán)重的是引起瓦斯積聚，威脅礦工的生命安全。針對以上問題，提出了一種基于GOOSE的防越級跳閘保護(hù)方案，該方案利用面向通用對象的變電站事件（GOOSE）傳送閉鎖信號，使得礦井供電系統(tǒng)上下級保護(hù)測控裝置可靠配合，有效的解決了短路保護(hù)的選擇性問題，避免了越級跳閘事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】越級跳閘；IEC61850；GOOSE；煤礦供電

0 引言

隨著煤炭開采范圍的擴(kuò)大，煤礦供電系統(tǒng)的變電所級數(shù)越來越多。而各級變電所之間大多采用垂直短距離供電模式，這種模式使得供電線路短、阻抗小，一旦發(fā)生故障，上下級會因短路電流值相差極小，出現(xiàn)多級開關(guān)同時檢測到過電流信號、同時跳閘，引發(fā)井下大面積停電，嚴(yán)重影響礦井的生產(chǎn)和安全。

目前，針對防越級跳閘保護(hù)已經(jīng)提出很多種技術(shù)方案。為了保障礦井供電系統(tǒng)的可靠性，本文提出了一種基于GOOSE的防越級跳閘保護(hù)方案。

1 基于GOOSE的防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)計

GOOSE是IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中用于滿足變電站自動化系統(tǒng)快速報文需求的機(jī)制，為了保證通信的實(shí)時性和可靠性，GOOSE 服務(wù)以高速P2P（peer-to-peer）通信為基礎(chǔ)，采用無連接傳輸模式，取代了傳統(tǒng)智能電子設(shè)備 （IED）間電纜連接的通信模式。

為了提高通訊性能，該系統(tǒng)采用分層分布的結(jié)構(gòu)，包括地面監(jiān)控層，網(wǎng)絡(luò)傳輸層，井下現(xiàn)場設(shè)備層。從地面到井下，各級變電所之間采用光纖以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)，應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。在井下設(shè)備層，各級保護(hù)控制器之間采用GOOSE報文直接通訊，保證了信息傳輸?shù)目焖傩?、?shí)時性和可靠性。

基于GOOSE閉鎖原理的防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)的控制器主要包括中央處理單元、交流采樣單元、絕緣監(jiān)視保護(hù)單元、開關(guān)量輸入、輸出單元、人機(jī)接口單元、通訊單元等。硬件原理框圖如圖1所示。

1.1 中央處理器單元

該系統(tǒng)采用STM32F207芯片，是ST公司最新發(fā)布的一款32位ARM微控制器，集成了大量的外設(shè)接口。包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、以太網(wǎng)控制器、串口控制器、實(shí)時時鐘、定時器等。

1.2 交流采樣單元

該系統(tǒng)的交流采樣單元中傳統(tǒng)電壓/電流互感器將二次側(cè)模擬信號傳送給合并單元，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)而傳送給保護(hù)測控裝置。

1.3 絕緣監(jiān)視保護(hù)單元

該系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視保護(hù)單元是基于附加直流檢測電源的方式，來實(shí)現(xiàn)絕緣在線監(jiān)視保護(hù)，其原理主要是通過檢測取樣電阻兩端電壓大小判斷是否處于故障狀態(tài)。用測量的取樣電阻兩端電壓值與無故障情況下取樣電阻的電壓值比較，如果大于正常值，說明發(fā)生短路故障；如果小于正常值，說明發(fā)生斷線故障。

1.4 開關(guān)量輸入、輸出單元

該系統(tǒng)的開關(guān)量輸入單元可用來采集實(shí)時的開關(guān)量狀態(tài)以及手動操作的輸入狀態(tài)等。開關(guān)量輸出單元通過光電隔離模塊與外電路連接，提高抗干擾能力，輸出開關(guān)量經(jīng)過功率放大后，驅(qū)動出口繼電器。

1.5 人機(jī)接口單元

該系統(tǒng)的人機(jī)接口單元通過串口與中央處理器連接，由LCD、LED和紅外遙控器組成。

1.6 通訊單元

該系統(tǒng)的通訊單元主要利用處理器芯片集成的以太網(wǎng)控制器，來實(shí)現(xiàn)GOOSE配置、GOOSE收發(fā)。GOOSE收發(fā)模塊主要完成多播屏蔽功能設(shè)置、接收并解析GOOSE報文、控制并發(fā)送GOOSE報文的任務(wù)。利用GOOSE保護(hù)接收解析部分來監(jiān)視通訊線路的完整性，如果長時間收不到心跳報文就會立即發(fā)出告警信號，有效提高了通訊的可靠性。

2 基于GOOSE的防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)實(shí)時檢測電流信號的大小，根據(jù)檢測的電流值判斷是否發(fā)生短路故障。如果經(jīng)過分析比較檢測到故障電流，則延時T1，延時到后，檢測是否收到下級發(fā)送的GOOSE閉鎖信號，如果沒有，說明是區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)控制器立即指示保護(hù)動作，并且向上級發(fā)送解除閉鎖的GOOSE報文；如果檢測到下級發(fā)送的GOOSE閉鎖信號，則說明是區(qū)外故障，再延時T2，檢測是否還有GOOSE閉鎖信號，如果有，保護(hù)控制器指示保護(hù)動作，并向上級發(fā)送解除閉鎖的GOOSE報文；如果沒有，程序結(jié)束。如圖2所示，為基于GOOSE的防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)軟件流程圖。

3 結(jié)語

本文分析了煤礦井下越級跳閘現(xiàn)象發(fā)生的原因，比較了當(dāng)前提出的應(yīng)對方案，介紹了GOOSE報文傳送信號的特點(diǎn)以及GOOSE技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域傳輸二進(jìn)制布爾型數(shù)據(jù)的優(yōu)越性，設(shè)計出了基于GOOSE的防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)。并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的組成部分、依據(jù)原理、實(shí)現(xiàn)方式，可以有效解決傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)不能滿足煤礦礦井短路保護(hù)的選擇性的問題，避免了越級跳閘，減少了安全隱患，一定程度上保障了煤礦的生產(chǎn)任務(wù)和礦工的人身安全。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]