張晉平

（山西潞安集團(tuán)　潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 寧武 036700）

煤礦供電井下越級(jí)跳閘原因分析與解決思路

張晉平

（山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 寧武 036700）

摘要：通過(guò)對(duì)煤礦供電系統(tǒng)特點(diǎn)與越級(jí)跳閘現(xiàn)象原因分析，提出了采用線路光纖差動(dòng)保護(hù)、采用同一變電所進(jìn)出線開關(guān)閉鎖功能、建設(shè)或?qū)F(xiàn)有的變電站改造為智能化數(shù)字變電站的方法，并對(duì)三種方法進(jìn)行了比較，提出解決煤礦供電系統(tǒng)存在的越級(jí)跳閘問(wèn)題，除要根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)姆桨竿猓岣吖ぷ魅藛T的業(yè)務(wù)素質(zhì)、規(guī)范整定、加強(qiáng)管理、保證設(shè)備狀態(tài)良好都是防止越級(jí)跳閘的基礎(chǔ)性工作。

關(guān)鍵詞：光纖差動(dòng)保護(hù)；閉鎖；數(shù)字變電站；越級(jí)跳閘

目前大部分煤礦供電是采用從地面35 kV降壓站以10 kV高壓電纜向煤礦井下供電，井下設(shè)各級(jí)變電所。供電系統(tǒng)，見圖1。

圖1 供電系統(tǒng)圖

在煤礦這種典型的供電系統(tǒng)中，時(shí)常發(fā)生末級(jí)線路或用電設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，工作面配電點(diǎn)或采區(qū)變電所開關(guān)不動(dòng)作跳閘，出現(xiàn)水平變電所開關(guān)、中央變電所開關(guān)，甚至35 kV降壓站的高壓開關(guān)全部或部分同時(shí)動(dòng)作跳閘的現(xiàn)象，使停電范圍擴(kuò)大，進(jìn)一步影響煤礦的安全與生產(chǎn)。由此可見，對(duì)這種影響礦井安全供電、安全生產(chǎn)的跳閘現(xiàn)象，即越級(jí)跳閘進(jìn)行分析并提出相應(yīng)解決思路、方法很有必要。

1　原因分析

1.1保護(hù)裝置的設(shè)置不合理、主保護(hù)定值配合困難

煤礦10 kV供電系統(tǒng)以短路保護(hù)為主保護(hù)，按相關(guān)要求，國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)裝置的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于0.2 s，這就造成了地面降壓站的開關(guān)設(shè)備和井下高爆開關(guān)在動(dòng)作時(shí)限配合困難。

按煤礦規(guī)程的規(guī)定，速斷保護(hù)作為供電系統(tǒng)的主保護(hù)，要求配備，但線路短、速斷電流大且定值相近，難以區(qū)分是造成該類保護(hù)越級(jí)跳閘的主要原因。

CT變比選擇與短路電流大小不匹配，電流互感器飽而使保護(hù)裝置難以正確檢測(cè)出短路電流。

1.2定值整定不嚴(yán)謹(jǐn)

原有的保護(hù)煤礦整定規(guī)范在電壓等級(jí)、設(shè)備參數(shù)、保護(hù)裝置靈敏性等方面已落后于煤礦供電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，規(guī)范的缺失導(dǎo)致了管理水平參差不齊。

煤礦生產(chǎn)的實(shí)際情況是隨著采掘工作面變化，負(fù)荷與供電結(jié)構(gòu)的變化也相應(yīng)頻繁，這就會(huì)導(dǎo)致保護(hù)定值的計(jì)算與調(diào)整工作量增加，而目前的狀況是大部分煤礦由于對(duì)保護(hù)整定重要性認(rèn)識(shí)上的不足和專業(yè)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)、責(zé)任感有待提高，再加上手工計(jì)算與人工校驗(yàn)的繁瑣，經(jīng)常性導(dǎo)致相關(guān)工作不到位。為增加靈敏性，有些電氣工作人員通常會(huì)將作為主保護(hù)的速斷保護(hù)按躲過(guò)最大負(fù)荷電流或啟動(dòng)電流整定，造成整定值比實(shí)際的短路電流要小的多，發(fā)生短路后上級(jí)沿線開關(guān)保護(hù)均啟動(dòng)，導(dǎo)致越級(jí)跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3設(shè)備干擾

系統(tǒng)內(nèi)變頻設(shè)備、軟啟動(dòng)設(shè)備及自動(dòng)化設(shè)備的增多也導(dǎo)致諧波等不利的干擾增多。

1.4漏電保護(hù)難以比較

各支路零序電流只能根據(jù)自身情況進(jìn)行判斷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與其它支路及上級(jí)支路進(jìn)行比較判斷。

2　解決的思路方法

2.1采用線路光纖差動(dòng)保護(hù)

將光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為變電所間連接電纜的主要保護(hù)，過(guò)流保護(hù)作為后備保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)原理圖，見圖2。

圖2　差動(dòng)保護(hù)原理圖

縱差保護(hù)的保護(hù)區(qū)是被保護(hù)設(shè)備兩端的CT之間，不需考慮與其它域外設(shè)備保護(hù)定值的匹配，當(dāng)任一相差動(dòng)電流大于差流速斷定值時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作跳閘。隨著微機(jī)保護(hù)技術(shù)和光纖傳播技術(shù)的發(fā)展，使的差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于電纜線路與架空線路，并快速而準(zhǔn)確地切除故障成為現(xiàn)實(shí)。

目前市場(chǎng)上使用的光纖差動(dòng)保護(hù)裝置，平均動(dòng)作時(shí)間小于25ms。在動(dòng)作和制動(dòng)判據(jù)方面也逐步合理和成熟，從而有效地保證了動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性。裝置通常都具有通道鑒別功能，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纖通道故障并發(fā)出信號(hào)，閉鎖差動(dòng)保護(hù)；同時(shí)啟動(dòng)以短路為主保護(hù)的常規(guī)保護(hù)系統(tǒng)，自動(dòng)鑒別到通道正常后，通信恢復(fù)，光纖差動(dòng)保護(hù)將自動(dòng)投入。另外，保護(hù)裝置的CT斷線判別、交流采樣回路自檢功能也進(jìn)一步保證了動(dòng)作的可靠性。

2.2采用同一變電所進(jìn)出線開關(guān)閉鎖功能

圖3為由開關(guān)閉鎖功能組成的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)示意圖。

圖3 閉鎖防越級(jí)跳閘結(jié)構(gòu)圖

各變電所各出線開關(guān)與進(jìn)線開關(guān)之間均設(shè)置通信通道，當(dāng)出線開關(guān)檢測(cè)到故障信息時(shí)，在約10 ms內(nèi)輸出閉鎖控制信號(hào)至相應(yīng)的進(jìn)線開關(guān)，對(duì)進(jìn)線開關(guān)的速斷功能進(jìn)行閉鎖，同時(shí)啟動(dòng)本出線開關(guān)的速斷跳閘功能迅速切除故障。當(dāng)進(jìn)線開關(guān)收到出線開關(guān)送來(lái)的閉鎖信號(hào)時(shí)，閉鎖本開關(guān)的速斷跳閘保護(hù)，防止越級(jí)跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)設(shè)置毫秒級(jí)的短延時(shí)，進(jìn)線開關(guān)仍檢測(cè)到故障的存在時(shí)（表示相應(yīng)的出線開關(guān)速斷保護(hù)或開關(guān)機(jī)構(gòu)拒動(dòng)），即刻啟動(dòng)速斷功能切除故障。

2.3建設(shè)或?qū)F(xiàn)有的變電站改造為智能化數(shù)字變電站

智能化數(shù)子變電站是在智能化的一、二次設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備的硬件基礎(chǔ)上，用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議建立的三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，包括間隔層智能保護(hù)裝置組成的光纖網(wǎng)絡(luò)、光傳輸接口設(shè)備在內(nèi)的光纖以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)。這種智能型的變電站能實(shí)現(xiàn)故障錄波、遠(yuǎn)程配置保護(hù)模塊、修改定值、電能質(zhì)量分析等功能。間隔層智能裝置將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)上送給礦用光傳輸接口設(shè)備，再合并打包后送至位于地面控制中心的保護(hù)主機(jī)，將模擬量及開關(guān)量全部集中到地面控制室的集成保護(hù)測(cè)控裝置上，通訊距離能達(dá)到40 km。在集成保護(hù)測(cè)控裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)全站數(shù)據(jù)共享，并可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的任何設(shè)備，根據(jù)需要隨意選擇需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)配置。

對(duì)井下各變電所電源進(jìn)線電纜配置差動(dòng)保護(hù)護(hù)作為主保護(hù)，變電所各段母線配置差動(dòng)保護(hù)和小電流接地選線功能?；谌揪W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享的數(shù)字化變電站防越級(jí)系統(tǒng)軟件方面通常都具有CT飽和識(shí)別技術(shù)，能很好的解決由于CT飽和造成的保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題［1-2］。

在這種智能型的系統(tǒng)中，井下開關(guān)內(nèi)的保護(hù)裝置應(yīng)具備完善的就地保護(hù)功能，光纖網(wǎng)絡(luò)通訊中斷或工作不正常時(shí)，就地保護(hù)裝置能自動(dòng)啟用以速斷作為主保護(hù)的常規(guī)保護(hù)功能，與遠(yuǎn)后備保護(hù)共同構(gòu)成了系統(tǒng)的多重保護(hù)。

3　方案比較

線路光纖差動(dòng)保護(hù)組成的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)是改造簡(jiǎn)單，能防止因非變電所電源線路故障導(dǎo)致越級(jí)跳閘現(xiàn)象。缺點(diǎn)是母線無(wú)法配置保護(hù)，要靠后備保護(hù)來(lái)完成對(duì)母線的保護(hù)；漏電故障還須由就地開關(guān)本身的漏電保護(hù)裝置無(wú)比較、無(wú)選擇的完成，造成開關(guān)誤動(dòng)可能性增加。

開關(guān)閉鎖功能組成的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，上下級(jí)開關(guān)不需要保護(hù)定值嚴(yán)格配合；在變電所的進(jìn)出線開關(guān)間，能避免漏電、短路造成的越級(jí)跳閘現(xiàn)象；母線無(wú)保護(hù)，要靠后備保護(hù)來(lái)完成，單一使用此種方法有一定的局限性。

基于全站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享的數(shù)字化變電站技術(shù)的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)和測(cè)控系統(tǒng)的全數(shù)字化，保護(hù)配置靈活，能徹底解決煤礦因短路和漏電造成越級(jí)跳閘問(wèn)題。但投資大，需要建立專用的光纖網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述，要治理煤礦供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘問(wèn)題，除了要根據(jù)具體情況選擇一種或二種結(jié)合的適當(dāng)方案外，相關(guān)電氣工作人員提高業(yè)務(wù)素質(zhì)、規(guī)范整定，單位加強(qiáng)管理，保證設(shè)備狀態(tài)良好，重視諧波治理，都是防止越級(jí)跳閘基礎(chǔ)性工作。

4　應(yīng)用實(shí)例

前文明煤業(yè)位于忻州寧武縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)90萬(wàn)t的中小型煤礦，井下供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要由地面變電站10 kV開關(guān)9103和9203開關(guān)經(jīng)MYJV22－8.7/103×120 mm210 kV電纜1 370 m送饋電至井下中央變電所。中央變電所除就近饋電給3臺(tái)主水泵和相關(guān)局部通風(fēng)設(shè)備用電源外，還由9302和9402開關(guān)通過(guò)兩條長(zhǎng)度為84 m的MYPTJ-8.7/103×70mm2電纜饋電至井下采區(qū)變電所，組成采區(qū)配電系統(tǒng)；由9304和9404開關(guān)通過(guò)兩條長(zhǎng)度為970m的MYPTJ-8.7/103×70mm2電纜饋電至井下牽引變電所，組成牽引配電系統(tǒng)，見圖4。

圖4前文明井下10 kV供電系統(tǒng)圖

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2011年4 月-2013年6月之間，前文明礦發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象5次，其中有2次造成主通風(fēng)機(jī)短時(shí)間停止運(yùn)行。考慮到礦井供電系統(tǒng)的規(guī)模和投資的大小，在對(duì)市場(chǎng)上的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)地考察后，決定選擇在9103至 9301開關(guān)、9203至 9401開關(guān)、9302至9501開關(guān)、9402至9601開關(guān)、9304至9701開關(guān)、9404至9702開關(guān)之間的6回路電纜裝設(shè)線路光纖差動(dòng)保護(hù)，替代原有的速斷保護(hù)作為線路的主保護(hù)，以保證上級(jí)變電所至下級(jí)變電所的電源出線開關(guān)不會(huì)因?yàn)楸Ｗo(hù)區(qū)域外的短路故障而發(fā)生跳閘；同時(shí)在各井下變電所進(jìn)出線開關(guān)之間采用開關(guān)閉鎖功能組成的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)。

本次系統(tǒng)改造，從方案制定到改造完成在盡可能減小對(duì)生產(chǎn)影響的前提下，用時(shí)近20 d，投資近40萬(wàn)元，經(jīng)估算，約為采用智能化數(shù)子變電站基礎(chǔ)上組建的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)投資的八分之一，費(fèi)用主要用來(lái)更換各井下高開內(nèi)的保護(hù)設(shè)備和購(gòu)置光纖通訊裝置。

效果方面，改造完成至2015年3月，采區(qū)配電系統(tǒng)9503開關(guān)饋出線路發(fā)生短路故障2次，而短路電流值已超出9302開關(guān)的原整定值；井下牽引配電系統(tǒng)9707開關(guān)因所帶下級(jí)牽引電機(jī)堵轉(zhuǎn)一次，均未造成上級(jí)開關(guān)跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

［1］褚曉銳，鄭發(fā)平.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)［M］.北京：水利出版社，2013.

［2］賀全榮，車世安.局域網(wǎng)組建、管理及維護(hù)實(shí)用教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

（編輯：武曉平）

中圖分類號(hào)：TD611

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5050（2016）03-070-04

DO I：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.06.021

收稿日期：2016-03-11

作者簡(jiǎn)介：張晉平（1969-），男，山西長(zhǎng)治人，大學(xué)?？疲砉こ處?，從事供電管理工作。

Cause Analysis and Solutions of Override Trip in Underground Power Supp ly in M ines

ZHANG Jinping
（Luning Coal Co.，Ltd.，Lu'an Group，Ningwu 036700，China）

Abstract：On the analysis of underground power supply system and causes of override trip，the paper proposes three solutions：optical differential protection，inlet-outlet interlocking in the same substation，and the construction or transformation ofan intelligentdigitalsubstation.By comparison of the three solutions，the study proposes that，in addition of an appropriate plan on the specific condition，we should strengthen foundationalwork，including improving staffs'professional quality，setting standards，reinforcingmanagement，and ensuring equipment in good condition，to prevent the override trip accidents

Keywords：opticaldifferentialprotection；interlocking；digitalsubstation；override trip