梁 超/貴州盤江精煤股份有限公司火燒鋪礦

煤礦供電防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用

梁 超/貴州盤江精煤股份有限公司火燒鋪礦

與目前煤礦供電網(wǎng)絡(luò)常用的三種防越級跳閘技術(shù)方式相比，基于縱聯(lián)差動保護(hù)的防越級跳閘技術(shù)，是一種相對成熟且操作簡單的技術(shù)方式。特點(diǎn)在于，這項(xiàng)技術(shù)可根據(jù)不同煤礦的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)水平，做出適當(dāng)調(diào)整。在發(fā)生煤礦供電網(wǎng)故障時，第一時間排除故障，保障了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，為企業(yè)安全生產(chǎn)、有序管理提供了有力的保障，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

煤礦；供電；防越級跳閘；保護(hù)應(yīng)用

1. 導(dǎo)言

本文了分析了煤礦井下供電廣泛存在的“越級跳閘”問題和防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)；介紹防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)主要構(gòu)成部分及其所具有的獨(dú)特優(yōu)勢，并結(jié)合某煤礦井下供電系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行了該煤礦供電防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，能夠有效地避免越級跳閘的發(fā)生。

2. 原因分析

礦井電網(wǎng)存在“越級跳閘”的原因煤礦井下巷道狹窄，空氣潮濕，在此環(huán)境下使用的電器設(shè)備、供電電纜和電纜接頭容易發(fā)生漏電和短路事故。目前，我國煤炭企業(yè)電網(wǎng)多為多級輻射狀的供電模式，其特點(diǎn)為供電線路短，延伸級數(shù)多，不同級別的短路電流很接近，一旦線路某處短路，短路電流可達(dá)數(shù)千安到上萬安，短路點(diǎn)上面的各級開關(guān)都滿足電流速斷保護(hù)跳閘條件，當(dāng)上級開關(guān)跳閘靈敏度高時上級開關(guān)跳閘，造成越級跳閘，甚至?xí)苯釉斐傻孛孀冸娬鹃_關(guān)越級跳閘，特別是35 k V系統(tǒng)，造成全礦井停電的惡性事故，甚至?xí)霈F(xiàn)主扇停風(fēng)事故。傳統(tǒng)的三段式過電流保護(hù)無法兼顧保護(hù)動作快速性和選擇性的要求，當(dāng)井下供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，普遍存在“越級跳閘”現(xiàn)象，造成恢復(fù)供電時間延長，直接影響井下的安全生產(chǎn)。在煤礦供電電網(wǎng)中，造成越級跳閘的主要原因主要有以下幾種:1)短路保護(hù)難以整定。井下供電線路短、多級變電所級聯(lián)導(dǎo)致拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，短線路零秒的速斷保護(hù)無保護(hù)區(qū)，在線路末端發(fā)生短路故障時，其上級開關(guān)及上幾級開關(guān)感受的短路電流幾乎差不多，各級開關(guān)的零秒速斷保護(hù)無選擇性跳閘而造成越級跳閘;井下供電系統(tǒng)沒有時間級差，過流保護(hù)整定困難，在發(fā)生短路故障時，極易出現(xiàn)越級跳閘的情況。同時，井下防爆開關(guān)的拒動現(xiàn)象也時有發(fā)生，也極易造成越級跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。目前的系統(tǒng)以短路保護(hù)為主保護(hù)，系統(tǒng)圖上每個藍(lán)色小方塊代表一個短路保護(hù)。當(dāng)采區(qū)變電所任何一條負(fù)荷線出現(xiàn)故障時，都有可能導(dǎo)致上一級變電所開關(guān)跳閘，即“越級跳閘”，導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大。2)傳統(tǒng)意義上的光纖縱差保護(hù)不能解決所有問題。將傳統(tǒng)的光纖縱差保護(hù)作為聯(lián)絡(luò)線的主保護(hù)，能夠可靠解決部分“越級跳閘”問題，但對于三端線路及多端線路卻不能解決。因?yàn)楝F(xiàn)有的光纖縱差模型全部是根據(jù)兩端線路配置的，如果需要對多端線路進(jìn)行光纖縱差處理，則存在技術(shù)上的難點(diǎn)而無法實(shí)現(xiàn)。

3. 煤礦供電防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)字式光纖差動保護(hù)原理

本文所采用的數(shù)字式光纖差動自動保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)原理可以從瞬時采樣值的電流差動保護(hù)和故障分量電流差動保護(hù)兩大原理進(jìn)行分析。瞬時采樣值的電流差動保護(hù)原理主要作用是判斷有無發(fā) 生區(qū)內(nèi)故障，是指按照一定判斷依據(jù)而構(gòu)成的差動保護(hù)，其自動方 程式可以表示成|i 表示線路兩端電流采用的瞬時值，K 為制動系數(shù)、I 為整定值。當(dāng)瞬時采用值電流差動保護(hù)采用判據(jù)窗＞9時，制動保護(hù)效果最佳。

3.2 差動保護(hù)運(yùn)行存在問題及對策

該系統(tǒng)下差動保護(hù)運(yùn)行過程中可能存在的問題有CT 飽和、CT 斷線、同步化處理和誤碼校驗(yàn)、弱饋問題及電容電流問題。當(dāng)系統(tǒng)出 現(xiàn)故障時，短路電流會有一定幅值的非周期分量，這會導(dǎo)致電流互 感器鐵芯的磁密度值快速飽和，這種情況下，勵磁的阻抗能力會減 弱，勵磁電流增加，導(dǎo)致二次電流的波形畸變。具體表現(xiàn)在以下幾 點(diǎn)：（1）發(fā)生嚴(yán)重故障后，CT 有一個線性傳變區(qū)，在該區(qū)內(nèi)能把一次 電流準(zhǔn)確的傳送到二次側(cè)，并在該區(qū)存在的時間會隨著故障的嚴(yán)重 程度減少。（2）對因故障電流中非周期分量引起的CT 飽和，勵磁電 流和二次電流會出現(xiàn)正負(fù)半波波形不對稱的問題，且差流波形會有 嚴(yán)重的偏移問題。（3）因穩(wěn)態(tài)短路電流引起的CT 飽和，勵磁電流和 二次電流的波形呈奇對稱?？梢?，當(dāng)CT 飽和時，會使得在電流差動 保護(hù)區(qū)內(nèi)的保護(hù)延遲，而區(qū)外的保護(hù)誤動。對此，該系統(tǒng)可以采用 CT 飽和識別技術(shù)來避免光纖差動保護(hù)誤動問題的出現(xiàn)。 CT 斷線上，與CT 飽和相比，CT 斷線雖然不會導(dǎo)致光纖差動保 護(hù)誤動問題，但是如果發(fā)生在區(qū)外故障時，會出現(xiàn)誤動問題。對此， 可以使用較為成熟的CT 斷線依據(jù)來檢測CT 是否出現(xiàn)斷線 問題上，如果在此情況下發(fā)生線路內(nèi)部故障，就會使得弱饋側(cè)的故障電流流入量減小，很可能會導(dǎo)致電流差動保護(hù)的拒動。對此，可以 在啟動文件中設(shè)置一個低壓輔助啟動元件，一旦電壓比該氣動元件 定值低，就可啟動，此時非弱饋側(cè)的保護(hù)就會收到啟動信號，進(jìn)而驅(qū) 動電流差動的保護(hù)出口，達(dá)到切除故障的目的。

3.3 小電流接地選線功能

基于數(shù)字式光纖差動技術(shù)設(shè)置的煤礦供電防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)，其小電流接地選線方法可以采用消弧線圈并聯(lián)中值電阻選線法。該方法又可分為主動式選線和被動式選線，主動式選線主要是 通過改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式或結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)的該變量進(jìn)行選線，有 消弧線圈并聯(lián)中值電阻法、注入法和殘留增量法。不過，后兩者方法 在理論研究上的缺陷，使得其在實(shí)際應(yīng)用價值不高，主要是采用消 弧線圈并聯(lián)中值電阻法。消弧線圈并聯(lián)中值電阻法是指發(fā)生單相接 地時，在消弧線圈的兩端能快速并聯(lián)一個中值電阻，增加故障線路 的零序電流，以正確選線。該方法的工作原理是：在系統(tǒng)處于正常狀 態(tài)下，利用該方法打開可控開關(guān)，中值電阻不會投入系統(tǒng)，中性點(diǎn)的 消弧線圈會對補(bǔ)償系統(tǒng)的容性電流進(jìn)行跟蹤，但受感性電流和容性 電流基本相等影響，其方向相反；當(dāng)有單相電弧性接地故障出現(xiàn)時， 受消弧線圈的補(bǔ)償作用影響，故障點(diǎn)的電流會快速減少，使得電弧 熄滅，故障消失；當(dāng)出現(xiàn)永久性接地故障時，消弧線圈就會立即跟蹤 補(bǔ)償，系統(tǒng)穩(wěn)定后，閉合可控開關(guān)讓中值電阻投入的時間縮短，促使 非故障線路和故障線路的零序電流相區(qū)別，方便選線。

4.結(jié)論

目前煤礦井下供電系統(tǒng)線路保護(hù)普遍面臨著速斷過流保護(hù)定值無法整定、失壓保護(hù)零時延、漏電保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)比較、保護(hù)器功能不全及通訊能力差等多個難題，導(dǎo)致煤礦井下供電出現(xiàn)欠壓、漏電、過流、短路等故障，嚴(yán)重威脅井下供電其可靠性。尤其是廣泛存在的“越級跳閘”，它是影響煤礦井下安全供電的一個重要因素，對井下供電系統(tǒng)安全及可靠運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅。

[1]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, 32(4):71-73.

[2]毛衛(wèi)清. 煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)應(yīng)用探討[J]. 煤炭工程, 2013, 45(6):15-17.