魏朝陽， 段建東

（1. 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2. 西安理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

0 引言

煤礦供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行是保證煤礦安全生產(chǎn)的前提。煤礦短路事故會(huì)引發(fā)火災(zāi)及瓦斯爆炸、煤塵爆炸等。因此，快速、準(zhǔn)確識(shí)別并切除供電系統(tǒng)故障是減少安全事故的重要一環(huán)[1-2]。目前煤礦供電主要以交流電居多，采取的保護(hù)措施主要為過電流保護(hù)、定時(shí)限保護(hù)等。直流電可以解決交流電存在的功率限制、頻率限制等問題[3-4]，因此本文以煤礦直流配電系統(tǒng)為背景開展研究。

煤礦直流供配電線路故障電流具有幅值大、上升率高的特征，對(duì)系統(tǒng)威脅較大，需快速切除。文獻(xiàn)[5]利用故障時(shí)刻直流系統(tǒng)邊界電氣特征實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別并進(jìn)行隔離，文獻(xiàn)[6-8]利用故障時(shí)刻的電流信息實(shí)現(xiàn)故障快速定位，文獻(xiàn)[9-10]利用故障時(shí)刻的能量信息實(shí)現(xiàn)故障定位，文獻(xiàn)[11-14]采用直流斷路器實(shí)現(xiàn)故障定位與繼電保護(hù)。隨著控制水平的提升，學(xué)者們提出了基于電力電子變換器的主動(dòng)保護(hù)方法，可最大限度地快速切除故障，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行[15-17]。利用直流配電系統(tǒng)電氣特征實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別的方法較少考慮保護(hù)設(shè)備的實(shí)際情況，難以處理設(shè)備誤差及擾動(dòng)，甚至?xí)斐删軇?dòng)或誤動(dòng)現(xiàn)象，不滿足繼電保護(hù)的可靠性要求。而基于電力電子變換器的主動(dòng)保護(hù)方法則較少利用故障電氣量信息，僅依靠設(shè)備動(dòng)作特性實(shí)現(xiàn)故障切除，往往不能滿足繼電保護(hù)的速動(dòng)性要求。針對(duì)上述問題，本文提出一種基于暫態(tài)電流導(dǎo)數(shù)的煤礦直流配電線路無通道保護(hù)方案。

1 直流配電線路故障暫態(tài)分析

直流配電系統(tǒng)中線路故障類型主要包括單極接地故障、極間故障及斷線故障，其中單極接地和極間故障會(huì)造成嚴(yán)重過流，威脅設(shè)備安全，因此本文針對(duì)這2種故障類型進(jìn)行分析。

故障剛發(fā)生時(shí)，若故障電流超過絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的承受能力，會(huì)導(dǎo)致IGBT閉鎖。直流線路上的故障電流僅由直流側(cè)電容提供。嚴(yán)格來說，在器件關(guān)斷后，直流側(cè)并聯(lián)電容和線路的分布電容同時(shí)放電，但考慮到配電線路較短，線路分布電容較直流側(cè)并聯(lián)電容小，因此可以忽略線路分布電容的放電影響，主要分析直流側(cè)并聯(lián)電容放電階段的特征。

當(dāng)直流配電系統(tǒng)發(fā)生單極接地故障且IGBT閉鎖后，系統(tǒng)等效電路如圖1所示。圖1中，RP，LP為接地故障時(shí)直流線路的電阻、電感；iP為故障極線路電流；Rf為單極接地故障時(shí)的過渡電阻；CP為正極并聯(lián)電容；uP為正極直流電壓。直流側(cè)電容放電時(shí)段從換流閥內(nèi)IGBT閉鎖開始，到直流線路故障電流降為0為止。故障發(fā)生后，故障極的直流側(cè)電容CP通過故障線路向故障點(diǎn)釋放電能。

圖1 直流配電系統(tǒng)單極接地故障時(shí)的等效電路Fig. 1 Equivalent circuit of DC distribution system with monopole to earth fault

由圖1可得單極接地故障時(shí)各電氣量之間的關(guān)系，進(jìn)而可求得故障時(shí)刻的線路電流iP及其導(dǎo)數(shù)diP/dt，d2iP/dt2，t為時(shí)間。

同理可分析極間故障時(shí)IGBT閉鎖后的簡化電路，如圖2所示。圖2中，R2，L2為直流線路的等效電阻、電感；C為直流側(cè)并聯(lián)等效電容；uc（t）為直流側(cè)故障瞬間電容兩端電壓，即系統(tǒng)實(shí)際的極間直流電壓；ic為直流側(cè)電容電流；il為直流線路故障電流；Rfd為極間故障的過渡電阻。

圖2 直流配電系統(tǒng)極間故障時(shí)的等效電路Fig. 2 Equivalent circuit of DC distribution system with pole to pole fault

由圖2可得極間故障時(shí)各電氣量之間的關(guān)系，進(jìn)而可推導(dǎo)出本階段內(nèi)線路故障電流i（t） 及其導(dǎo)數(shù)di（t）/dt，d2i（t）/dt2。

無論是極間故障還是單極接地故障，在故障電容放電階段，可從2個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡化。一方面，在故障初期，電源向故障點(diǎn)提供故障電流，直流線路的電流上升率最大。為保證后續(xù)保護(hù)在任何情況下都能可靠動(dòng)作，應(yīng)考慮最不利于保護(hù)動(dòng)作的情況。因此，在整定保護(hù)動(dòng)作閾值時(shí)，可以忽略電源支路。另一方面，當(dāng)直流線路發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，故障極直流電容總是先于非故障極直流電容向故障點(diǎn)放電。在故障初期，直流饋線的電流變化率主要取決于故障極電容的放電情況[18]?；诖?，在整定保護(hù)動(dòng)作閾值時(shí)可忽略非故障支路。

系統(tǒng)簡化后，可將直流網(wǎng)絡(luò)視為二階電路，如圖3所示，其中R為直流側(cè)等效短路電阻，L為線路等效電感，i（t） 為線路電流。

圖3 直流配電系統(tǒng)簡化電路Fig. 3 Simplified circuit of DC distribution system

各電氣量之間的關(guān)系為

式中：udc為直流側(cè)端電壓；ildc為直流側(cè)負(fù)荷電流。

設(shè)單級(jí)直流電容為C0，直流線路單位長度電阻、電感分別為r0，l0，故障點(diǎn)與換流器距離為x，則不同故障類型下簡化電路參數(shù)計(jì)算見表1。

表1 簡化電路參數(shù)計(jì)算Table 1 Calculation of simplified circuit parameters

當(dāng)兩極線路發(fā)生金屬性短路時(shí)，電容放電為欠阻尼振蕩過程。由式（2）和式（3）可知線路的故障距離D與放電電流二階導(dǎo)數(shù)的變化存在函數(shù)關(guān)系，其大致變化趨勢如圖4所示，故障位置越遠(yuǎn)離換流閥，放電電流二階導(dǎo)數(shù)越大。

圖4 故障位置與電容放電電流二階導(dǎo)數(shù)的關(guān)系Fig. 4 Relationship between fault location and the second derivation of capacitance discharge current

2 基于暫態(tài)電流二階導(dǎo)數(shù)的直流配電線路加速保護(hù)原理

直流側(cè)并聯(lián)電容放電電流的一階、二階導(dǎo)數(shù)均可構(gòu)成保護(hù)加速判據(jù)。本著計(jì)算量少、快速的原則，在不同故障位置、不同過渡電阻情況下，對(duì)放電電流的一階、二階導(dǎo)數(shù)性能進(jìn)行測試。每級(jí)線路總長3 km，為簡化表示，作如下設(shè)置：線路2.97 km處為線路末端，線路0.03 km處為線路首端；線路80%（2.4 km）處和線路末端放電電流對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)之比為b1，二階導(dǎo)數(shù)之比為b2；本級(jí)線路80%（2.4 km）處與下一級(jí)線路首端放電電流對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)之比為b'1，二階導(dǎo)數(shù)之比為b'2。測試結(jié)果見表2。

從測試結(jié)果可看出，放電電流的一階、二階導(dǎo)數(shù)均可作為判據(jù)。但是參考傳統(tǒng)交流系統(tǒng)保護(hù)的可靠性、選擇性要求，為使得保護(hù)可靠動(dòng)作，在設(shè)置整定值時(shí)，需要用每一級(jí)線路末端放電電流導(dǎo)數(shù)乘以一定可靠系數(shù)（一般為1.2～1.3）[19]。

測試數(shù)據(jù)表明，當(dāng)選擇一階導(dǎo)數(shù)為保護(hù)加速判據(jù)時(shí)，線路80%處和線路末端放電電流對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)之比為1.255～1.257。繼電保護(hù)的可靠性要求中提到：每一級(jí)線路保護(hù)整定值與末端故障參數(shù)的比值必須大于1.4，才能應(yīng)對(duì)繼電保護(hù)中其他因素?cái)_動(dòng)的影響。因此，選擇一階導(dǎo)數(shù)為保護(hù)加速判據(jù)不能保證保護(hù)動(dòng)作的可靠性。當(dāng)采用放電電流的二階導(dǎo)數(shù)為保護(hù)加速判據(jù)時(shí)，線路80%處和線路末端放電電流對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)之比為1.412～1.541，有足夠裕度應(yīng)對(duì)不利因素。此時(shí)，本級(jí)線路80%處與下一級(jí)線路首端放電電流對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)之比都大于1.451，能保證保護(hù)的選擇性，而選擇一階導(dǎo)數(shù)為保護(hù)加速判據(jù)時(shí)，比值為1.021～1.219，不能滿足保護(hù)的可靠性要求，即不能區(qū)分故障是在本級(jí)末端還是下一級(jí)首端。二階導(dǎo)數(shù)在可靠性、選擇性方面顯著優(yōu)于一階導(dǎo)數(shù)，故本文采用放電電流的二階導(dǎo)數(shù)作為保護(hù)加速判據(jù)。

雙端供電型直流配電線路保護(hù)如圖5所示。t1、t2分別為左側(cè)DC系統(tǒng)1和右側(cè)DC系統(tǒng)2正方向發(fā)生故障時(shí)的動(dòng)作時(shí)間；?t為考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理、斷路器動(dòng)作及滅弧的延時(shí)；（d2i/dt2）acc1為DC系統(tǒng)1中斷路器加速動(dòng)作的判據(jù)；（d2i/dt2）acc2為DC系統(tǒng)2中斷路器加速動(dòng)作的判據(jù)。將線路命名為W1—W4，保護(hù)裝置P1—P4位于各級(jí)線路的首端。BF1—BF4，BR1—BR4分別為各級(jí)線路首末兩端所配置的斷路器。所有斷路器均帶有方向性，箭頭所指方向?yàn)閿嗦菲鞯恼较?。OC為過電流檢測模塊，UDV為低電壓檢測模塊，ACC為加速跳閘信號(hào)。

圖5 雙端供電型直流配電線路保護(hù)Fig. 5 Double end power supply type DC distribution line protection

假設(shè)線路W1在f1處故障，所有斷路器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)保護(hù)裝置開始計(jì)算放電電流二階導(dǎo)數(shù)。BR1—BR4和BF1檢測到故障位于其正方向，因此開放接收加速動(dòng)作指令的端口。BR1延時(shí)t1后率先動(dòng)作，在BR1動(dòng)作期間，保護(hù)裝置P1通過計(jì)算判定|d2i/dt2|＞|（d2i/dt2）acc1|，可以確定故障發(fā)生在本級(jí)線路（W1），因此向斷路器BF1發(fā)送加速跳閘命令（ACC）。至此，故障得到準(zhǔn)確識(shí)別并隔離。為保證動(dòng)作的選擇性，需在設(shè)定加速判據(jù)整定值時(shí)乘以一定可靠系數(shù)，但隨之而來的問題是不能保護(hù)本級(jí)線路全長，對(duì)于剩余未保護(hù)部分，按照BF1的既定延時(shí)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)故障切除。圖5中紅色帶箭頭虛線代表當(dāng)故障位于加速判據(jù)不能啟動(dòng)的區(qū)域（一般為線路末端處）時(shí)，由BF1斷路器的既定延時(shí)動(dòng)作切除。

同理，當(dāng)線路W2在f2處故障時(shí)，所有斷路器開始計(jì)時(shí)，保護(hù)裝置計(jì)算放電電流二階導(dǎo)數(shù)。BR2—BR4均檢測到故障位于其正方向，因此開放接收動(dòng)作指令端口。保護(hù)裝置P2判定|d2i/dt2|＞|（d2i/dt2）acc2|，即故障發(fā)生在本級(jí)線路（W2），因此向斷路器BF2發(fā)送加速跳閘命令。P2也不能保護(hù)本級(jí)線路全長，剩余未保護(hù)部分由BF2的既定延時(shí)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)故障切除。

3 直流配電線路無通道保護(hù)方案

3.1 無通道保護(hù)原理

故障發(fā)生時(shí)，電流均通過故障點(diǎn)流入大地，因此，利用功率流向的變化即可初步判斷故障方向，構(gòu)成無通道保護(hù)[20-21]。在對(duì)動(dòng)作速度要求不太嚴(yán)格時(shí)，可將無通道保護(hù)應(yīng)用于直流配電網(wǎng)中，如圖6所示。通過過電流檢測模塊、低電壓檢測模塊，結(jié)合系統(tǒng)功率流向，可檢測故障是否位于斷路器的正方向。

圖6 雙端直流配電線路無通道保護(hù)原理Fig. 6 The principle of non-communication protection in double end DC distribution network

假設(shè)線路W2在f2處發(fā)生故障，BR1、BF3和BF4檢測出該故障位于反方向，因此會(huì)閉鎖端口而不接收動(dòng)作信號(hào)。BF1、BF2、BR2檢測出該故障位于正方向，因此會(huì)開放接收端口，等待動(dòng)作信號(hào)并開始計(jì)時(shí)。BR2延時(shí)最短，首先動(dòng)作跳開。接著BF2動(dòng)作，這樣故障線路在2?t內(nèi)被完全切除。同理，線路W1在f1處發(fā)生故障時(shí)，可在3?t內(nèi)完全切除故障線路。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于直流配電網(wǎng)故障電流的高幅值和高上升率特性，應(yīng)以最快速度隔離故障。根據(jù)電容放電電流特征可確定故障區(qū)段，利用該特征可使故障線路兩端斷路器加速跳開，從而縮短故障切除時(shí)間。

令圖6中t1=t2=0，即保護(hù)裝置立即開始計(jì)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生故障之后，設(shè)置延時(shí)時(shí)間?t=7 ms，斷路器的動(dòng)作時(shí)間為5 ms[22]。另外，考慮直流斷路器動(dòng)作時(shí)電弧重燃的可能性，并要留有一定時(shí)間裕度，同方向上下2級(jí)的2個(gè)斷路器（如BF1和BF2，BR1和BR2）延時(shí)時(shí)差取7 ms。

若取d2if/dt2為本級(jí)線路末端發(fā)生故障時(shí)直流電容放電電流if的二階導(dǎo)數(shù)初始值，則|（d2if/dt2）acc1|為本級(jí)線路（W1）斷路器BF1加速動(dòng)作的判據(jù)；|（d2if/dt2）acc2|為下一級(jí)線路（W2）斷路器BF2加速動(dòng)作的判據(jù)。設(shè)定K'rel為可靠系數(shù)，各級(jí)線路的加速判據(jù)閾值整定方程為

對(duì)應(yīng)斷路器加速動(dòng)作的條件為

3.2 保護(hù)啟動(dòng)判據(jù)

保護(hù)裝置能否快速準(zhǔn)確啟動(dòng)，啟動(dòng)元件至關(guān)重要。故障發(fā)生時(shí)，最明顯的特征是直流線路故障電流急劇攀升。故障電流會(huì)遠(yuǎn)大于正常情況下的負(fù)荷電流，因此，可用最大負(fù)荷電流乘以可靠系數(shù)作為保護(hù)啟動(dòng)判據(jù)，即

式中：|ip.n（i）|為每級(jí)線路電流的瞬時(shí)值，一般由系統(tǒng)測得；|iload.max（i）|為每級(jí)線路保護(hù)啟動(dòng)整定值，可根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算。

3.3 故障類型判別

保護(hù)動(dòng)作之前，需要識(shí)別出故障類型，再根據(jù)保護(hù)方案動(dòng)作。若正極直流線路發(fā)生接地短路故障，則正極電流大于負(fù)極電流；負(fù)極直流線路接地短路故障的情況與正極相反；若出現(xiàn)極間故障，則正負(fù)兩極短路電流同值反向。故在故障發(fā)生時(shí)刻，通過采集電流信息即可實(shí)現(xiàn)故障類型判別。不同故障類型下的直流線路電流差異見表3，其中ip為正極線路電流；in為負(fù)極線路電流。

表3 不同故障類型下的直流線路電流差異Table 3 Current differences in DC line under different fault types

3.4 無通道保護(hù)流程

直流配電線路無通道保護(hù)流程如圖7所示。

圖7 直流配電線路無通道保護(hù)流程Fig. 7 Flow of non-communication protection of DC distribution line

圖7中i0為零模電流，其值等于ip+in；i1為1模電流，其值等于|ip|-|in|；imax為最大負(fù)荷電流。在系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，保護(hù)設(shè)備不斷監(jiān)測線路正負(fù)極電流ip及in。當(dāng)電流大于線路最大負(fù)荷電流imax時(shí)啟動(dòng)保護(hù)裝置。線路保護(hù)裝置根據(jù)|ip|-|in|的值判斷故障類型。確定故障類型后，保護(hù)裝置計(jì)算電容放電電流的二階導(dǎo)數(shù)初始值，同時(shí)所有斷路器計(jì)時(shí)開始，根據(jù)二階導(dǎo)數(shù)與整定值的關(guān)系判定故障是否位于本級(jí)線路，是否需要向首端斷路器發(fā)送加速動(dòng)作命令。不滿足加速判據(jù)的按照斷路器既定延時(shí)動(dòng)作。最后，若某級(jí)線路的保護(hù)裝置發(fā)出加速跳閘命令或斷路器延時(shí)斷開，則該保護(hù)裝置需向電壓源換流器（Voltage Source Converter，VSC）重新發(fā)送啟動(dòng)命令，再次恢復(fù)直流線路供電。

4 仿真分析

在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)RT-LAB上搭建雙端±10 kV直流配電系統(tǒng)仿真模型，如圖8所示，每段線路的具體保護(hù)配置與圖5中一致。其額定電壓為±10 kV，通過 2個(gè)VSC與交流系統(tǒng)互聯(lián)，其中VSC1采用定有功功率控制，VSC2 采用定電壓控制。VSC1和VSC2 采用二電平拓?fù)?，直流?cè)電容中性點(diǎn)采用直接接地方式。各級(jí)線路兩端均配有直流斷路器，以便于直接切除故障。故障閉鎖策略：若電流幅值大于1.6倍額定電流，則閉鎖換流器。換流器額定容量為10 MVA，額定電流為400 A，直流并聯(lián)電容為100 μF；4級(jí)直流線路長度均為3 km，線路W1和W2的電阻參數(shù)為0.065 09 Ω/km，線路W3的電阻參數(shù)為0.050 94 Ω/km，線路W4的電阻參數(shù)為0.053 77 Ω/km；總負(fù)荷為16 MW，負(fù)荷1—負(fù)載4分別為8，2，3.5，2.5 MW。

圖8 雙端±10 kV直流配電系統(tǒng)仿真模型Fig. 8 Simulation model of dual terminal ±10 kV DC distribution system

4.1 典型極間故障時(shí)線路保護(hù)仿真

根據(jù)故障類型的不同，將所建模型的原始參數(shù)代入表1及式（4），可得到直流配電線路末端發(fā)生極間故障時(shí)直流側(cè)電容放電電流的二階導(dǎo)數(shù)隨時(shí)間變化曲線，如圖9所示。

圖9 線路末端極間故障時(shí)電容放電電流二階導(dǎo)數(shù)變化曲線Fig. 9 Second derivative variation curves of capacitor discharge current during pole to pole fault at the line end

為保證保護(hù)的可靠性，取參數(shù)K'rel=1.2，由式（5）、式（6）可求得極間故障情況下各級(jí)線路首端斷路器的加速判據(jù)整定值，見表4。

表4 極間故障時(shí)各級(jí)線路保護(hù)加速判據(jù)Table 4 Acceleration criteria for line protection at all levels during pole to pole fault

假設(shè)直流線路W2的0.03 km處在t=0.2 s時(shí)刻發(fā)生金屬性極間短路故障，通過保護(hù)啟動(dòng)判據(jù)識(shí)別為故障發(fā)生之后，根據(jù)保護(hù)裝置采集到的故障電流計(jì)算結(jié)果判斷出故障類型，判定結(jié)果如圖10（a）所示，故障類型為0表示單機(jī)接地故障，為1表示極間故障。BF1、BF2和BR2檢測出故障位于正方向。BR2延時(shí)7 ms后最先動(dòng)作，在其延時(shí)開始的同時(shí)，保護(hù)裝置P2計(jì)算得出放電電流二階導(dǎo)數(shù)滿足加速動(dòng)作條件，在t=0.203 s時(shí)向斷路器BF2發(fā)出加速動(dòng)作信號(hào)，如圖10（b）所示，動(dòng)作信號(hào)為0表示閉合斷路器，為1表示加速斷路器分?jǐn)?。故障切除后，保護(hù)裝置P2向換流閥發(fā)送重新啟動(dòng)命令，恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)供電。

圖10 極間故障仿真結(jié)果Fig. 10 Simulation results of pole to pole fault

4.2 典型單極接地故障時(shí)線路保護(hù)仿真

直流線路W4、W3末端單極接地故障時(shí)直流側(cè)電容放電電流的二階導(dǎo)數(shù)變化曲線如圖11所示。類似于極間故障的加速判據(jù)整定方式，取可靠系數(shù)K'rel=1.2，通過計(jì)算得到放電電流的二階導(dǎo)數(shù)初始值，由此可得各級(jí)線路的加速動(dòng)作整定值，見表5。

表5 單極接地故障時(shí)各級(jí)線路保護(hù)加速判據(jù)Table 5 Acceleration criteria for line protection at all levels during monopole to earth fault

圖11 線路末端單極接地故障時(shí)電容電流二階導(dǎo)數(shù)變化曲線Fig. 11 The second derivative variation curves of capacitor discharge current during monopole to earth fault at the line end

設(shè)定直流線路W3的0.9 km處在t=1 s時(shí)刻發(fā)生單極接地故障，故障類型判定結(jié)果如圖12（a）所示。BF3和BR3檢測出故障位于正方向，且BF3延時(shí)7 ms后最先動(dòng)作，在其延時(shí)的同時(shí)，保護(hù)裝置P3計(jì)算得出放電電流二階導(dǎo)數(shù)滿足加速動(dòng)作條件，于t=1.003 s時(shí)向斷路器BR3發(fā)出加速動(dòng)作信號(hào)，動(dòng)作信號(hào)如圖12（b）所示。故障切除后，保護(hù)裝置P3向換流閥發(fā)送重新啟動(dòng)命令，恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)供電。

圖12 單極接地故障仿真結(jié)果Fig. 12 Simulation results of monopole to earth fault

4.3 不同條件下直流線路保護(hù)測試

在不同故障類型、位置及過渡電阻情況下對(duì)保護(hù)方案進(jìn)行測試，結(jié)果見表6和表7，表中“—”表示該級(jí)線路的保護(hù)裝置未發(fā)出加速動(dòng)作命令。設(shè)定接地故障在t=1 s發(fā)生，且測試的雙端供電型直流配電網(wǎng)運(yùn)行方式不變。

表6 單級(jí)接地故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作情況Table 6 Protection action during monopole to earth fault

表7 極間故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作情況Table 7 Protection action during pole to pole fault

測試結(jié)果表明，在不同故障發(fā)生位置、過渡電阻及故障類型條件下，若加速動(dòng)作能夠有效啟動(dòng)，則本文保護(hù)方案能識(shí)別故障類型、確定故障區(qū)段并加速對(duì)應(yīng)斷路器的跳閘動(dòng)作，快速切除故障，減少故障時(shí)間。在各級(jí)線路末端故障時(shí)，加速動(dòng)作不能啟動(dòng)，保護(hù)方案仍能識(shí)別故障類型，按照既定延時(shí)配合實(shí)現(xiàn)故障類型和區(qū)段的確定并切除故障，只是故障隔離速度較加速方式慢。

5 結(jié)論

1） 提出一種基于暫態(tài)電流導(dǎo)數(shù)的煤礦直流配電線路無通道保護(hù)方案，以直流配電線路故障后電容放電電流二階導(dǎo)數(shù)作為保護(hù)動(dòng)作加速的判據(jù)。

2） 結(jié)合無通道保護(hù)與合理延時(shí)，實(shí)現(xiàn)故障的識(shí)別和切除：對(duì)于加速有效區(qū)段，利用無通道保護(hù)實(shí)現(xiàn)斷路器提前動(dòng)作；對(duì)于不能加速區(qū)域，按照斷路器的既定延時(shí)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)故障切除。

3） 在單極接地故障、極間故障及加速判據(jù)失效3種情況下對(duì)保護(hù)方案進(jìn)行測試分析，結(jié)果顯示該保護(hù)方案在不同故障位置、過渡電阻及加速判據(jù)失效情況下均能實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的快速識(shí)別與隔離。