潘廣執(zhí)

（山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司，山西 壽陽045400）

1 概 況

為了提升供電的可靠性，祥升煤礦對地面35 kV變電所（10 kV入井)、井下副立井底變電所、上組煤變電所、三采區(qū)變電所共39臺高壓隔爆開關進行改造。在改造后，實現(xiàn)這些變電所供電防越級跳閘可靠性100%，實現(xiàn)地面35 kV變電所入井母線581、582保護，井下副立井底變電所、上組煤變電所、三采區(qū)變電所高壓開關遠程遙控，保護定值遠程整定，集中管理；實現(xiàn)井下變電所具備“遙測、遙信、遙控、遙調”等功能，達到“無人值守”的效果。圍繞著防越級跳閘系統(tǒng)功能設計進行展開，討論了防越級跳閘的實現(xiàn)過程。

2 防越級跳閘系統(tǒng)設計

為了提升煤礦供電的穩(wěn)定性和可靠性，供電系統(tǒng)應該具有防越級跳閘功能。供電系統(tǒng)的防越級跳閘應該滿足以下的要求。

2.1 具有較強穩(wěn)定性和可靠性

在進行越級跳閘判斷時，系統(tǒng)內部的傳輸延時<2 ms，自動識別短路故障位置，零延時切除故障，防止供電越級跳閘。為了保證防越級供電的可靠性，防越級功能應至少覆蓋7級以上供電級聯(lián)網(wǎng)絡。防越級跳閘系統(tǒng)中的保護裝置為獨立單元，能夠獨立、自動組網(wǎng)，防越級跳閘功能不依賴于后臺監(jiān)控系統(tǒng)及分站。

此外，防越級跳閘系統(tǒng)中的保護裝置具備狀態(tài)自檢功能，能夠對自身運行狀態(tài)進行監(jiān)測，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，能夠及時報警。保護器內部具備后備電源，保證監(jiān)控保護裝置供電可靠，保證線路故障時開關可靠動作，并能夠在發(fā)生故障時，準確的記錄故障時刻數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)具備電子掛牌、聯(lián)席操作、一鍵送電等安全操作功能，保證系統(tǒng)在停送電、檢修時的安全。

2.2 具有很強的控制性和管理性

防越級跳閘系統(tǒng)應該保證數(shù)據(jù)通信的高效、穩(wěn)定。防越級跳閘系統(tǒng)中的分站集成防越級功能及供電監(jiān)控功能，不單獨設置分站，節(jié)省成本，方便維護，可靠性高。

防越級跳閘系統(tǒng)應該配有配置專用的供電安全監(jiān)控軟件平臺，實行安全分區(qū)管理，本質防病毒，免維護，能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行。為了便于管理，還應具有無人值守的功能，可以實現(xiàn)遠程操控。在系統(tǒng)運行期間，能實時地完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲以及相應地處理功能，以應對電力系統(tǒng)突發(fā)狀況。此外，系統(tǒng)還應該具備一定的事故反演功能，即根據(jù)事故發(fā)生后的一些狀態(tài)，重現(xiàn)事故發(fā)生的過程，方便對事故的處理。

3 防越級跳閘功能實現(xiàn)

3.1 防越級跳閘技術

祥升煤礦采用KJ171煤礦供電防越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)采用網(wǎng)絡智能識別保護方式。

圖1 KJ171煤礦供電防越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)結構Fig.1 Structure of KJ171 mine power supply anti-leapfrog trip monitoring system

祥升煤礦井下使用的獨立光纜不僅可靠性差，而且成本高。該系統(tǒng)采用了光纖環(huán)網(wǎng)復用技術，提高了防越級跳閘系統(tǒng)工作的可靠性，維護簡單。針對供電系統(tǒng)中跳閘事故發(fā)生較高不容易監(jiān)測到的問題，系統(tǒng)采用了在線監(jiān)測模塊來實時監(jiān)測開關的狀態(tài)，一旦監(jiān)測到開關存在異常動作的情況，及時地發(fā)出警報并自動動作，提高保護開關動作的準確性。該系統(tǒng)對礦井供電系統(tǒng)的母線運行方式自動識別，根據(jù)母線的連接方式自動選擇合適的開關動作方式。

可在地面控制室遠程設定系統(tǒng)的保護值，實現(xiàn)了防越級跳閘保護的集中管理，避免人工隨意更改保護值引起的防越級跳閘保護失效問題。

3.2 工作模式分析

（1）供電系統(tǒng)的短路防越級是通過系統(tǒng)中的電流速斷零時限網(wǎng)絡保護技術來實現(xiàn)的。在工作時，微機保護裝置之間組成的智能網(wǎng)絡能進行實時通訊，一旦發(fā)現(xiàn)短路故障能立即進行識別，找出短路區(qū)域的位置并零時限地切除故障電路，防止越級跳閘的發(fā)生。該技術擺脫了對后臺監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控分站的依賴性，在微機保護裝置之間通訊中斷的情況下，能自動切除網(wǎng)絡中斷區(qū)域重新組網(wǎng)，在某種程度上解決了電流快速保護性和可靠性的沖突。

（2）供電系統(tǒng)的漏電防越級是通過系統(tǒng)中的新型信號源選線技術來實現(xiàn)的。供電系統(tǒng)中漏電多是由于中性點的接地方式不當引起的。針對傳統(tǒng)的防越級跳閘時漏電線路選擇困難的問題，該系統(tǒng)將信號源注入到線路中，提高了選線的準確性，準確率可達100%，解決了漏電防越級跳閘的選線問題。

（3）供電系統(tǒng)的電壓波動防越級是通過系統(tǒng)中的電壓波動保護模塊與微機保護裝置欠壓智能識別模塊來實現(xiàn)的。

（4）開關拒動防越級跳閘是通過對拒動準確定位和智能識別實現(xiàn)的。在供電系統(tǒng)運行過程中，由開關拒動引起的越級跳閘也容易發(fā)生。針對這種情況，KJ171型煤礦供電防越級系統(tǒng)中通過網(wǎng)絡對開關進行識別，并引入一些智能學習算法，解決了由于保護開關拒動引起的越級跳閘。該系統(tǒng)在運行過程中能自動與上級開關構成聯(lián)動關系，保證在發(fā)生故障時能及時、正確發(fā)生跳閘，將供電引起的故障降到最小。

4 應用效果

在2017年8月9日6點55分，祥升煤礦-450 m位置處皮帶機附近的變電站發(fā)生了巷道片幫。片幫過程中大量的碎石冒落，砸壞了變電站的高壓輸電線路的絕緣皮，導致高壓電纜的相間短路。在短路時，電纜上的電流高達2 300 A，而最近的變電站上的開關柜速斷電流是400 A，上一級開關柜速斷電流為1 600 A。事故的電流高于兩級開關速斷的電流值，常規(guī)系統(tǒng)會發(fā)生多級跳閘。而在運用了KJ171煤礦供電防越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)后，只有最近的開關柜發(fā)生短路，而上一級變電所的保護裝置未發(fā)生動作。經(jīng)過統(tǒng)計，KJ171煤礦供電防越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)累計為祥升煤礦創(chuàng)造經(jīng)濟效益4 000萬元以上。

5 結 語

針對祥升煤礦原有防越級跳閘系統(tǒng)可靠性差的問題，引進了KJ171煤礦供電防越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)。分析了KJ171煤礦供電防越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式。通過在祥升煤礦的實踐應用可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)防越級跳閘具有選擇性、快速性（零時限）和可靠性，保障了煤礦的安全生產(chǎn)，也創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。