丁 禹，周保平

（晉能控股煤業(yè)挖金灣煤業(yè)公司，山西 大同 037000）

引言

由于煤礦井下環(huán)境惡劣、巷道分布廣泛，供電系統(tǒng)分支線路多，導(dǎo)致在供電過程中極易出現(xiàn)跳閘、漏電、短路等異常，給煤礦井下的供電安全帶來了嚴(yán)重的隱患。目前，對(duì)于供電系統(tǒng)的防護(hù)，主要采用電流縱聯(lián)差動(dòng)方案、集成保護(hù)方案等，控制邏輯復(fù)雜、可靠性差、靈敏性不足，而一種新的煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)分布式防護(hù)裝置，以母線保護(hù)和接地線保護(hù)為核心，以高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的離散化、數(shù)據(jù)獲取的多元化、數(shù)據(jù)處理的同步化，有效縮短從故障發(fā)生到故障隔離的時(shí)間。

1 井下分布式防護(hù)原理

由圖1可知，該分布式防護(hù)技術(shù)可以靈活地根據(jù)井下供電分布情況將其分為不同的防護(hù)間隔區(qū)域（P1—Pn），各個(gè)防護(hù)間隔彼此獨(dú)立但數(shù)據(jù)相通，因此每個(gè)獨(dú)立間隔在進(jìn)行保護(hù)分析時(shí)，均能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)取和分析，可確保對(duì)故障判別的速度和準(zhǔn)確性。各個(gè)防護(hù)間隔的數(shù)據(jù)通信采用高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳遞，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，所有防護(hù)間隔均能夠在第一時(shí)間進(jìn)行故障自查和判斷，將結(jié)果快速傳遞到控制中心，實(shí)現(xiàn)故障的快速判斷和隔離[1]。

圖1 井下分布式防護(hù)技術(shù)原理

2 分布式保護(hù)裝置

該井下供電保護(hù)裝置的分布式保護(hù)主要包括分布式母線保護(hù)裝置和分布式支線保護(hù)裝置。當(dāng)母線上發(fā)生短路故障時(shí)，其所處的防護(hù)隔離系統(tǒng)會(huì)對(duì)故障位置進(jìn)行判定，然后根據(jù)判斷結(jié)果決定是否向進(jìn)線開關(guān)發(fā)出母線保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)，若故障方向位于保護(hù)單元的前端，則系統(tǒng)將向進(jìn)線開關(guān)發(fā)出進(jìn)線保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)，若故障方向位于保護(hù)單元的后側(cè)，則系統(tǒng)將向進(jìn)線開關(guān)發(fā)出啟動(dòng)上一位的保護(hù)開關(guān)啟動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)母線分布式保護(hù)的精確定位和故障隔離，分布式母線保護(hù)邏輯如下頁圖2所示[2]。

圖2 井下分布式母線防護(hù)裝置示意圖

支線線路上的供電故障主要是接地故障，對(duì)于這類故障，分布式保護(hù)裝置各個(gè)防護(hù)間隔能夠通過高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)內(nèi)支線模擬量和開關(guān)量工作情況的判斷，精確確定故障位置和故障類別，控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行隔離保護(hù)，防止故障范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。

如下頁圖3所示[3]，在進(jìn)行接地保護(hù)時(shí)，系統(tǒng)以零序電壓值作為是否啟動(dòng)保護(hù)的依據(jù)，為了準(zhǔn)確識(shí)別系統(tǒng)工作時(shí)由于系統(tǒng)波動(dòng)導(dǎo)致的“虛假接地”情況，防止出現(xiàn)誤保護(hù)現(xiàn)象，系統(tǒng)中增加了虛幻接地判斷系統(tǒng)，只有多重信號(hào)全部滿足接地故障特質(zhì)時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)判斷為真接地，然后發(fā)出隔離保護(hù)信號(hào)。

圖3 井下分布式支線防護(hù)裝置示意圖

3 分布式保護(hù)系統(tǒng)仿真

為了對(duì)該分布保護(hù)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行研究，利用MATLAB仿真分析軟件對(duì)其保護(hù)功能進(jìn)行仿真分析，假設(shè)在第40 ms處發(fā)生接地故障，位于故障發(fā)生位置前后的保護(hù)開關(guān)QF5將監(jiān)測(cè)到故障電流情況傳輸?shù)娇刂浦行?，進(jìn)行分析后確定執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，在延時(shí)T0時(shí)間后由保護(hù)開關(guān)QF5向系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)保護(hù)控制信號(hào)，在第80 ms時(shí)執(zhí)行跳閘保護(hù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)域的快速隔離。

根據(jù)實(shí)際仿真分析（見圖4）可知，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，系統(tǒng)電路故障首先是由各個(gè)防護(hù)間隔對(duì)各自防護(hù)區(qū)域內(nèi)的電路運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，然后將監(jiān)測(cè)結(jié)果分布傳輸?shù)娇刂浦行?，通過和正常工作電路情況的對(duì)比，以準(zhǔn)確判斷故障所處的區(qū)域，然后系統(tǒng)對(duì)該區(qū)域內(nèi)的所有支路電流的工作情況進(jìn)行對(duì)比分析，利用預(yù)設(shè)的判斷邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障實(shí)際發(fā)生支路的有效識(shí)別。

圖4 仿真分析結(jié)果示意圖

通過對(duì)該分布式防護(hù)裝置的實(shí)際應(yīng)用，其能夠在40 ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下故障電路的快速識(shí)別和隔離，比傳統(tǒng)控制方案下384 ms的反應(yīng)速度有了極大的提升，故障隔離時(shí)間降低了89.6%，有效確保了煤礦井下的供電安全，同時(shí)裝置具有故障定位和識(shí)別的功能，因此能夠幫助維修人員快速識(shí)別故障位置，降低故障修復(fù)時(shí)間。

4 結(jié)論

1）布式防護(hù)技術(shù)可以靈活地根據(jù)井下供電分布情況將其分為不同的防護(hù)間隔區(qū)域，能夠在第一時(shí)間進(jìn)行故障自查和判斷，將結(jié)果快速傳遞到控制中心，實(shí)現(xiàn)故障的快速判斷和隔離；

2）井下供電保護(hù)系統(tǒng)的分布式保護(hù)主要包括分布式母線保護(hù)裝置和分布式支線保護(hù)裝置，能夠通過高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)內(nèi)支線模擬量和開關(guān)量工作情況的判斷，精確確定故障位置和故障類別；

3）根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)40 ms故障的快速隔離，故障處理速度比傳統(tǒng)防護(hù)系統(tǒng)縮短了89.6%。