孫健,張志強(qiáng)(中煤平朔集團(tuán)井工一礦,山西 朔州 036006)
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中煤平朔井工一煤礦防越級跳閘系統(tǒng)應(yīng)用探討
孫健,張志強(qiáng)
(中煤平朔集團(tuán)井工一礦,山西 朔州 036006)
目前井工煤礦的防越級跳閘方案較多,每種方案都有自己的技術(shù)特點,對這些方案的原理進(jìn)行分析對比后,根據(jù)煤礦自身的實際條件選擇合適的防越級跳閘方案很有必要。
職能定位;速斷保護(hù);狀態(tài)監(jiān)測
井工煤礦井下工作環(huán)境惡劣,單相接地(漏電)故障無選擇性跳閘成為煤礦供電的普遍現(xiàn)象,嚴(yán)重威脅供電安全,礦井高壓電網(wǎng)85%以上的故障均為單相接地(漏電)故障或接地(漏電)故障引發(fā)的短路故障、過電壓故障。依靠傳統(tǒng)的過流繼電保護(hù)很難解決越級跳電問題,因此針對礦井短路越級與漏電無選擇性跳閘關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,真正解決煤礦供電難題,提高煤礦供電可靠性具有重要意義。
目前解決越級跳閘方法主要包括以下幾種:空節(jié)點閉鎖方法、通訊閉鎖方法、光纖縱差方法、集成保護(hù)方法以及智能定位法。(如表1所示)
1.1 空節(jié)點閉鎖法
空節(jié)點閉鎖法是利用下級保護(hù)的速斷跳閘空節(jié)點利用電纜(或光纜)接入上級保護(hù),上級保護(hù)跳閘前檢測是否有下級閉鎖信號避免誤動作。這種方法是理論上最簡單最直接的方案,但也是效果最不好、問題最多的方法。其主要不足:需要增加額外的電纜、光纜和閉鎖輔助分站、由于是弱信號極易受干擾造成誤閉鎖、由于某種原因閉鎖信號電纜斷開不能預(yù)警造成漏閉鎖、信號動作和接收消抖造成延時很長等等。目前,行業(yè)新的設(shè)計中已經(jīng)沒有廠家采用此方案,采用此方案的均是一些老產(chǎn)品。
1.2 通訊閉鎖法
通訊閉鎖法就是利用通訊的方式把下級保護(hù)速斷信號傳遞給上級,上級跳閘前監(jiān)測此信號,與節(jié)點閉鎖法的唯一區(qū)別是信號傳輸采用了通訊的方式?;谕ㄓ嵉目焖傩砸笠话阌袃煞N方法即現(xiàn)場總線法和光纜通訊法,而且此通訊通道一般獨立于日常的電力監(jiān)控,即在原來的電力監(jiān)控基礎(chǔ)上增加現(xiàn)場總線或光纜傳輸通道實現(xiàn)防越級跳閘信號的傳遞。此方法的不足:必須增加獨立設(shè)備和通訊通道、只能實現(xiàn)單純的短路故障防越級、防越級閉鎖信號采用私有協(xié)議不能與其它廠家兼容等。
1.3 光纖縱差法
光纖縱差法即利用KCL原理,將地面的線路光纖縱差移到井下的聯(lián)絡(luò)線路,不再采用速斷保護(hù),進(jìn)而避免越級跳閘。此方法的缺點:需要在變電所間建設(shè)獨立的光纜傳輸通道、光纖縱差保護(hù)裝置原理復(fù)雜并且維護(hù)復(fù)雜、變電所母線故障不能實現(xiàn)防越級跳閘、只能實現(xiàn)線路短路故障防越級。這種方法一度流行也有一定代表性,但也飽受詬病。
1.4 集成保護(hù)法
這種方法也源于智能變電站的技術(shù),把全礦井所有高爆的信號通過光纜傳遞到地面保護(hù)主機(jī),由此集中的保護(hù)主機(jī)完成故障判斷識別故障區(qū)域進(jìn)而避免越級跳閘。這種方法理論上很好,與常規(guī)配網(wǎng)自動化的故障隔離技術(shù)也有一定相似性,但問題在于施工極其復(fù)雜需要敷設(shè)大量光纜從井下變電所到地面、地面的集中型保護(hù)裝置維護(hù)極其復(fù)雜、供電系統(tǒng)有變動時集中保護(hù)需要修改算法而這只能依靠廠家完成等等。所以此種方法只有極少數(shù)廠家采用,推廣難度極大。
1.5 智能定位法
即KJ698的方法,它是基于智能配網(wǎng)的快速FA技術(shù),復(fù)用電力監(jiān)控的以太網(wǎng)通道、利用IEC61850的GOOSE通訊技術(shù)使全礦井保護(hù)器建立橫向通訊,使保護(hù)、故障診斷等不再僅僅基于本保護(hù)器的電流電壓信息,其動作依據(jù)更多,更好的利用了大數(shù)據(jù)技術(shù),而不需要增加其它任何附加成本,且可靠性有極大的保障,未來又具有擴(kuò)展性,可以與其它廠家設(shè)備互操作,是個透明系統(tǒng)。其所有的保護(hù)器均為以太網(wǎng)通訊。
另外,如果不更換地面保護(hù)而且使故障不越級到地面變電所的方法:確保地面保護(hù)定值足夠大不覆蓋到井下變電所的出線(單靠定值較難,可以采用光纖差動設(shè)備)、速斷保護(hù)增加延時200~300 ms,確保井下開關(guān)能切斷故障時為其留有足夠時間。這是個理論問題,無論何種防越級方案均不可避免,而且此延時時間為最短方案,再縮短將對開關(guān)設(shè)備提出更高的要求。
平朔井工一礦結(jié)合礦井供電運行狀況采用了智能定位法防越級跳閘系統(tǒng),利用IEC61850的GOOSE通信技術(shù),當(dāng)故障發(fā)生后,采取下級閉鎖上級的閉鎖模式,實現(xiàn)保護(hù)的縱向選擇性。
如圖1所示,各個保護(hù)器按照供電走向劃分為不同的層級,當(dāng)故障發(fā)生時,保護(hù)裝置啟動的同時向上級裝置發(fā)出閉鎖信號,同時檢測下級是否有閉鎖信息發(fā)出;裝置檢測到下級裝置的閉鎖信息則閉鎖保護(hù)出口,否則經(jīng)過短延時后跳閘。如果上級裝置經(jīng)過一定時間后仍然檢測到故障存在,則后備保護(hù)動作。
表1 四種保護(hù)方式的優(yōu)缺點對比
圖1 故障保護(hù)分段示意圖
保護(hù)裝置的速斷保護(hù)及過流保護(hù)定值保持原系統(tǒng)定值不變,或者在不影響正常工作的情況下將保護(hù)定值進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)故障發(fā)生時,所有檢測到故障的裝置通過以太網(wǎng)絡(luò)以GOOSE報文的方式發(fā)送保護(hù)閉鎖報文。接收閉鎖報文確認(rèn)時間不大于50 ms。保護(hù)裝置在保護(hù)啟動的前提下,如果收到任何低層級裝置的保護(hù)閉鎖信號,將進(jìn)入保護(hù)閉鎖狀態(tài),總的保護(hù)延時閉鎖時間不大于50 ms(從保護(hù)啟動算起)。故 障處理流程圖如圖2。
該系統(tǒng)通信方案采用光纖以太網(wǎng)通信方式,每個變電所配置一臺光纖以太網(wǎng)交換機(jī),通過光纖所有交換機(jī)連接,通信結(jié)構(gòu)圖如圖3。
各個變電所的光纖以太網(wǎng)交換機(jī)的電源取自變壓器的低壓側(cè),可選127 V電源等級。
煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)在實現(xiàn)提高供電可靠性的同時,在實現(xiàn)“四遙”電力監(jiān)控的基礎(chǔ)上,結(jié)合煤礦井下供電系統(tǒng)的實際情況增加一定的實用化功能,使該系統(tǒng)更完整的反應(yīng)煤礦井下供電系統(tǒng)的運行狀況,簡化管理,優(yōu)化運行。
4.1 保護(hù)功能
礦用保護(hù)智能測控裝置,能完整實現(xiàn)對井下電纜、變壓器等設(shè)備的保護(hù)功能,保護(hù)類型包括電流保護(hù)、電壓保護(hù)、漏電保護(hù)等。
圖2 故障處理流程圖
圖3 通信結(jié)構(gòu)圖
4.2 “四遙”功能
井下供電系統(tǒng)各高壓供電點運行模擬量、狀態(tài)量實時上傳;地面集中監(jiān)控中心遠(yuǎn)程操作分合隔爆開關(guān)及保護(hù)裝置的定值修改。
4.3 二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與管理功能
二次設(shè)備完善的自檢、交叉互檢、網(wǎng)絡(luò)探測等實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)的實時在線監(jiān)測。
4.4 強(qiáng)大的故障錄波功能
系統(tǒng)各保護(hù)設(shè)備均支持強(qiáng)大的故障錄波功能,錄波數(shù)據(jù)可以上傳到監(jiān)控中心,輔助運行人員快速判斷故障類型和故障位置。
4.5 在線仿真
系統(tǒng)支持運行中或系統(tǒng)變更后的在線仿真功能,能模擬系統(tǒng)各個點故障,檢查系統(tǒng)中各保護(hù)設(shè)備的動作行為,進(jìn)而檢查系統(tǒng)參數(shù)配置的合理性。
4.6 面向系統(tǒng)的智能故障、告警
每次故障或告警,系統(tǒng)均能自動生成故障記錄,故障記錄包括故障時流過故障電流的各保護(hù)設(shè)備的動作情況、故障跳開支路的動作時間、電流大小及錄波波形等。該功能可以使運行人員對每次故障及保護(hù)系統(tǒng)的反應(yīng)情況進(jìn)行綜合的了解,進(jìn)而解決潛在的整定或運行問題。
防越級跳閘系統(tǒng)能減少煤礦供電系統(tǒng)的越級跳電次數(shù),提高供電系統(tǒng)的安全性,但每一種系統(tǒng)在原理和應(yīng)用上都存在一定的缺陷,如何把系統(tǒng)的功能最優(yōu)化發(fā)揮,揚長避短才是我們用戶應(yīng)該長期堅守的原則。
[1] 張文超.煤礦供電防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究[碩士學(xué)位論文].遼寧:遼寧工程技術(shù)大學(xué),2010.
[2] 羅娟,贠保記,雷富坤.防止煤礦供電越級跳閘新方法的研究[J]西安科技大學(xué)學(xué)報,2014,01(34):62~66.
[3] 吳文瑕,陳柏峰,高燕.井下電網(wǎng)越級跳閘的研究及解決建議[J].工礦自動化,2008,08(06):136~138.
[4] 張根現(xiàn),馬星河,張傳書,劉沖,鄒有明.井下高壓電網(wǎng)防越級跳閘系統(tǒng)研究[J].煤礦機(jī)電,2009,02:56~58.
[5] 盧喜山,張祖濤,李衛(wèi)濤.煤礦供電系統(tǒng)基于縱聯(lián)差動保護(hù)原理的防越級跳閘技術(shù)研究[J].煤礦機(jī)械,2011,04(32):71~73.
[6] 史麗萍,趙萬云,蔣朝明,曹雪祥,吳晨.煤礦井下防越級跳閘方案[J].煤礦安全,2012,08(43):115~117.
[7] 尹成迅,潘獻(xiàn)全.煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2011,06(39):66~69.
[8] 孟惠霞,胡滿紅.煤礦井下短路越級跳閘的故障分析[J].煤礦機(jī)械,2009,02(30):223~224.
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