田志勇

(晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán) 沁秀龍灣能源有限公司,山西　晉城　048007)

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·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

岳城煤礦快切裝置拒動(dòng)故障分析與改進(jìn)

田志勇

(晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán) 沁秀龍灣能源有限公司,山西晉城048007)

對(duì)于煤礦主通風(fēng)機(jī)等大型設(shè)備，連續(xù)可靠的供電是保證煤礦安全的基本條件，工作電源與備用電源之間的快速切換是實(shí)現(xiàn)可靠供電的重要手段。分析了對(duì)岳城煤礦主通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)快切裝置出現(xiàn)的兩起典型拒動(dòng)故障的原因，提出快切裝置中新增“過流閉鎖經(jīng)方向”控制字，適當(dāng)調(diào)整和選擇整定值的改進(jìn)措施，與傳統(tǒng)的備用電源自動(dòng)切換裝置相比，有很大的優(yōu)越性。

快切裝置；拒動(dòng)故障； “過流閉鎖經(jīng)方向”控制字； 整定值

岳城煤礦是1座年產(chǎn)150萬t的中型礦井，屬于高瓦斯礦井。礦井主通風(fēng)機(jī)供電線路為架空線路，受雷電、大風(fēng)等自然災(zāi)害因素影響，系統(tǒng)停電、晃電事故時(shí)有發(fā)生，極易造成瓦斯超限，給礦井安全生產(chǎn)造成很大壓力。2000年，通過系統(tǒng)改造，替換了主通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)原有的傳統(tǒng)備用電源自動(dòng)切換裝置(簡(jiǎn)稱BZT裝置)，采用了發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中應(yīng)用較廣的RCS-9655S型電源快速切換裝置。該裝置不僅具有邏輯判斷功能, 同時(shí)在切換中具有周期捕獲功能和殘壓檢測(cè)功能, 使備用電源投入對(duì)負(fù)荷電機(jī)的沖擊最小。目前，系統(tǒng)改造已應(yīng)用到岳城煤礦的其它一類負(fù)荷中，如主排水系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)等，保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提升了煤礦的安全水平。

幾年來，系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，遇到電源故障或其它原因停電時(shí)，能很快判斷切除故障，達(dá)到不停風(fēng)、不停電目的，保障了礦井安全生產(chǎn)，但也發(fā)生過快切裝置拒動(dòng)的故障。針對(duì)不同事故類型，經(jīng)過綜合分析和研判，暴露出了軟件缺陷、整定值設(shè)置不合理等問題，并采取了相應(yīng)的整改措施，提供了一定的借鑒。

1　岳城煤礦主通風(fēng)機(jī)供電方式及快切方案

岳城煤礦設(shè)有1座35/6 kV變電所, 雙回路電源來自上級(jí)110/35 kV變電所，主通風(fēng)機(jī)變電站雙回線路由35/6 kV變電所6 kV不同母線段饋出。供電方式全部采用單母線分列運(yùn)行、母聯(lián)開關(guān)熱備的方式(圖1).礦井主要通風(fēng)設(shè)備為2臺(tái)BDK-31.5-2×710 kW型對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)中除母聯(lián)開關(guān)和I回風(fēng)機(jī)負(fù)荷開關(guān)在分位外，其他開關(guān)均在合位。6 kV終端的具體運(yùn)行方式為：I回進(jìn)線開關(guān)701在合位，I回進(jìn)線有電壓，下端負(fù)荷側(cè)分位；II回進(jìn)線開關(guān)702在合位，II回進(jìn)線有電壓，下端負(fù)荷側(cè)合位， 2#主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行；母聯(lián)開關(guān)700在分位，處于熱備狀態(tài)。

圖1　主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行方式圖

快切裝置安裝在主通風(fēng)機(jī)配電室內(nèi)，主通風(fēng)機(jī)兩回路進(jìn)線的進(jìn)線電流、電壓信號(hào)，兩回進(jìn)線開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸入快切裝置，作為快切裝置是否動(dòng)作的邏輯判據(jù)?？烨醒b置跳閘命令接入兩回路進(jìn)線開關(guān)的跳閘回路，合閘命令接入母聯(lián)開關(guān)的合閘回路，當(dāng)任一供電支路故障時(shí), 快切裝置根據(jù)故障情況, 跳開電源側(cè)開關(guān)701 (或702), 合母聯(lián)開關(guān)700, 兩段母線均由無故障的電源支路供電，保證母線不失電，實(shí)現(xiàn)工作電源故障時(shí)，快速投入備用電源，既保證了通風(fēng)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，又不會(huì)對(duì)電機(jī)造成沖擊。

2　快切裝置動(dòng)作失敗及原因分析

快切裝置在多年運(yùn)行中，出現(xiàn)了幾次快切失敗和拒動(dòng)，下面以兩個(gè)典型案例進(jìn)行說明。

2.1主通風(fēng)機(jī)配電室短路故障快切裝置拒動(dòng)案例

2015年8月5日，主通風(fēng)機(jī)Ⅱ回線路發(fā)生故障，上一級(jí)開關(guān)608跳開(見圖1)，快切裝置拒動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)供電系統(tǒng)圖見圖2，風(fēng)機(jī)房I、II回路開關(guān)在合位，母聯(lián)開關(guān)在分位，II回主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行。故障發(fā)生后，工作人員迅速進(jìn)行了手動(dòng)切換，恢復(fù)了通風(fēng)，對(duì)故障進(jìn)行了排查，并對(duì)快切裝置進(jìn)行了相關(guān)的檢查，對(duì)快切裝置的定值、動(dòng)作報(bào)告、自檢報(bào)告、變位報(bào)告進(jìn)行了分析，確認(rèn)在II回線路K3點(diǎn)(圖2)發(fā)生了短路故障。

圖2　風(fēng)機(jī)房供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

快切裝置的自檢報(bào)告見圖3，確認(rèn)在2015-08-05T12:54(序號(hào)485)II回母線監(jiān)測(cè)到電壓異常，并在2015-08-05T12:55(序號(hào)486)發(fā)出“出口閉鎖”指令，快切拒動(dòng)。

圖3　快切裝置自檢報(bào)告圖

同時(shí)，查看了快切的動(dòng)作報(bào)告,見圖4，確認(rèn)在2015-08-05T12:54(序號(hào)271)線路2過流啟動(dòng)。

圖4　快切裝置動(dòng)作報(bào)告圖

原因分析：K3處發(fā)生故障的時(shí)候，一方面電源側(cè)向故障點(diǎn)注入故障電流，另一方面，由于主通風(fēng)機(jī)還在運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)房的母線殘壓也向故障點(diǎn)注入故障電流，而故障電流超過了過流閉鎖幅值160%，見圖5，由于投入了“過流閉鎖”，導(dǎo)致快切裝置閉鎖啟動(dòng)，保護(hù)裝置無法給快切裝置輸入啟動(dòng)信號(hào)，最終導(dǎo)致快切裝置切換失敗。

圖5　快切裝置過流閉鎖定值圖

短路點(diǎn)發(fā)生在K3，如果進(jìn)行切換，不會(huì)影響II回風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，理論上是應(yīng)該進(jìn)行切換的。如果短路點(diǎn)發(fā)生在K4、K5處，線路電流增大導(dǎo)致進(jìn)線跳閘，此時(shí)快切裝置因?yàn)檫^流閉鎖，不進(jìn)行切換是正常的，否則將會(huì)造成二次故障。

改進(jìn)措施：通過與生產(chǎn)廠家溝通，對(duì)快切裝置的程序版本進(jìn)行了更新升級(jí)，完善了相關(guān)程序，新增了5項(xiàng)控制字定值、7項(xiàng)切換定值、2項(xiàng)出口定值及部分裝置參數(shù)定值?？烨醒b置中新增了 “過流閉鎖經(jīng)方向”控制字，用于選擇過流閉鎖功能是否經(jīng)方向。方向元件的靈敏角為225°，采用90°接線方式。方向元件和電流元件接成按相啟動(dòng)方式。方向元件帶有記憶功能，可消除近處三相短路時(shí)方向元件的死區(qū)。通過投入“過流閉鎖經(jīng)方向”控制字定值整定，快切裝置能夠有效判斷短路故障點(diǎn)位置，最大限度地實(shí)現(xiàn)切換和保障運(yùn)行安全。

2.2上級(jí)變電所短路故障快切裝置拒動(dòng)案例

2014年9月6日，上級(jí)變電站110/35 kV站35 kV側(cè)負(fù)荷開關(guān)發(fā)生相間短路故障，開關(guān)跳閘(見圖1)，I回母線失電，快切裝置拒動(dòng)。

工作人員對(duì)快切裝置相關(guān)報(bào)告和參數(shù)進(jìn)行了提取和分析。

相關(guān)信息為：事故發(fā)生時(shí)，35 kV站電容器低電壓保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電壓為3.16 V；母線1電壓異常報(bào)警，6 s以后出口閉鎖，3 min以后出口閉鎖返回，30 min以后母線1電壓異常報(bào)警消失。

原因分析：事故是由于110/35 kV變電站I回線路相間短路故障引起的，通過故障錄波(見圖6)可以看出，事故時(shí)母線I回電壓衰減特別快，迅速降低到“電壓異常幅值”整定值以下，快切裝置啟動(dòng)，發(fā)出“母線1電壓異常報(bào)警”，而此時(shí)，母線電流也在衰減，但因衰減較慢，導(dǎo)致母線電壓超出“電壓異常延時(shí)”整定值時(shí)間后，母線電流仍在“無流幅值”整定值以上，快切裝置未能執(zhí)行“無流啟動(dòng)”；同時(shí)，由于“電壓異常幅值”整定值較 “失壓?jiǎn)?dòng)”整定值大，從邏輯上看，“電壓異常起動(dòng)”要先于“失壓起動(dòng)”啟動(dòng)，但由于“失壓起動(dòng)延時(shí)”整定值和“電壓異常延時(shí)”整定值相等，快切裝置切換到“電壓異常閉鎖”快切功能，所以快切裝置優(yōu)先執(zhí)行了“電壓異常閉鎖”，最終造成裝置拒動(dòng)。

圖6　快切裝置錄波波形圖

改進(jìn)措施：上級(jí)變電所單回路母線出現(xiàn)故障，快切裝置應(yīng)該快速響應(yīng)，進(jìn)行切換。從錄波波形可以看出，一些故障呈現(xiàn)出電壓比電流衰減快的特點(diǎn)，可能導(dǎo)致快切裝置無法運(yùn)作。對(duì)此，可以采取如下改進(jìn)措施：

1) 因?yàn)榭烨醒b置中，理論上對(duì)失電流切換要求延時(shí)設(shè)定非常短，可以將“無流幅值”整定值調(diào)大，使快切裝置在具備啟動(dòng)條件的情況下優(yōu)先執(zhí)行“無流起動(dòng)”，進(jìn)行快切。

2) “電壓異?！焙汀笆骸敝饕轻槍?duì)雷雨、大風(fēng)等造成的短暫晃電現(xiàn)象而設(shè)置的選項(xiàng)，該類故障一般經(jīng)過裝置“延時(shí)”確認(rèn)后，能很快進(jìn)行判斷執(zhí)行切換還是保留閉鎖，但在“延時(shí)”整定設(shè)置的時(shí)候，應(yīng)有差異，“電壓異常延時(shí)”整定值應(yīng)比“失壓起動(dòng)延時(shí)”整定值大。

3) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，只要雙回路供電長(zhǎng)期穩(wěn)定，在一回路出現(xiàn)故障時(shí)，能保證切換到另一回路，那樣，就可以退出快切裝置中“電壓異常閉鎖”功能，最大限度地保障供電。

通過對(duì)快切裝置相關(guān)整定值進(jìn)行調(diào)整后(具體整定值見表1)，運(yùn)行良好。

表1　整定值對(duì)比表

3　結(jié)　論

快切裝置在岳城煤礦已運(yùn)行多年，相較與傳統(tǒng)的備用電源自動(dòng)切換裝置，體現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。強(qiáng)大的邏輯判斷功能和完善的閉鎖功能使其具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，且快速切換功能將故障對(duì)運(yùn)行設(shè)備的沖擊程度降到最低。但快切裝置能否真正發(fā)揮作用，除了強(qiáng)化日常對(duì)設(shè)備、裝備的維護(hù)保養(yǎng)外，能夠熟練掌握、運(yùn)用和設(shè)置快切裝置的基本程序也很重要。通過分析研判事故類型，綜合各方面情況，不斷完善軟件系統(tǒng)，適當(dāng)調(diào)整和選擇整定值，對(duì)快切裝置的有效運(yùn)行及保障煤礦安全生產(chǎn)意義重大。

[1]張培杰，孫國(guó)凱，車長(zhǎng)海，等.關(guān)于廠用電源快切裝置切換判據(jù)的探討[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2005，25(6)：26-28.

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Analysis and Improvement of Resist-operation Fault in Fast Switching Device of Yuecheng Coal Mine

TIAN Zhiyong

For coal mine large equipment such as main ventilator, continuous and reliable power supply is the basic condition to ensure coal mine safety. Fast switch between the power supply and backup power is an important mean to achieve reliable power supply. Two typical resist-operation faults of the power supply system fast switching device in main ventilator of Yuecheng coal mine are studied and analyzed, and the corresponding improvement measures are proposed.

Fast switching device; Resist-operation fault; Over-current blocking by direction control word; Setting value

2016-05-22

田志勇(1973—)，男，山西晉城人，2005年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事礦山機(jī)電技術(shù)及應(yīng)用的研究

(E-mail)ywqstzy@163.com

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1672-0652(2016)06-0016-03