煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)分析

摘要：隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展，我國的煤礦生產(chǎn)已經(jīng)逐步實現(xiàn)了電氣化。由于在煤礦井下，接地電弧能引起火災(zāi)或瓦斯、煤塵爆炸，所以，當(dāng)煤礦的供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備出現(xiàn)各種電氣故障，或者是不正常運行時，都要及時消除。這對于今后煤炭的安全生產(chǎn)將有著重要的影響。本文就圍繞著煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)進(jìn)行了相應(yīng)的探討。

關(guān)鍵詞：煤礦供電系統(tǒng)；繼電保護(hù)；故障；短路

中圖分類號：TM 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914x（2014）43-01-01

一、概述

繼電保護(hù)作為電網(wǎng)安全生產(chǎn)體系中的一個重要環(huán)節(jié)，在電力的安全生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用，同時也是維護(hù)電網(wǎng)安全運行的第一道防線，擔(dān)負(fù)著保衛(wèi)電網(wǎng)和設(shè)備安全的職責(zé)。煤礦生產(chǎn)對于供電系統(tǒng)的安全運行，尤其對快速準(zhǔn)確切除電網(wǎng)故障有著很高的要求。因此，如何將一般配電線路保護(hù)整體規(guī)則及煤礦供電系統(tǒng)的特殊性更好的有效結(jié)合起來，對煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)存在的問題進(jìn)行深入研究，并在此基礎(chǔ)上提出具體的優(yōu)化改進(jìn)方案，將會對煤礦安全生產(chǎn)起到更為重要的作用。

二、煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理

根據(jù)煤礦繼電保護(hù)的任務(wù)和要求，煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理是利用煤礦供電系統(tǒng)正常運行與發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時，由各種物理量的差別來判斷故障或異常，并通過斷路器切除故障或發(fā)出告警信號。一般煤礦供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，就會伴有電流增大、電壓降低、電壓與電流的比值（阻抗）和它們之間的相位角改變等現(xiàn)象。所以，應(yīng)該根據(jù)發(fā)生故障時這些基本參數(shù)與正常運行時的差別，構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)裝置。例如，反應(yīng)故障時電流增大構(gòu)成電流保護(hù)；反應(yīng)電壓與電流比值的變化構(gòu)成距離保護(hù)；反應(yīng)電壓降低構(gòu)成低電壓保護(hù)；反應(yīng)電流與電壓之間相角的變化構(gòu)成方向保護(hù)。除此之外，根據(jù)故障時被保護(hù)設(shè)備兩端電流相位和功率方向的差別，可構(gòu)成差動保護(hù)；根據(jù)不對稱短路故障出現(xiàn)的相序分量，可構(gòu)成靈敏的負(fù)序和零序保護(hù)等。

三、煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的主要任務(wù)

煤礦供電系統(tǒng)在運行中可能會出現(xiàn)一些故障和不正常運行狀態(tài)。短路故障是煤礦供電系統(tǒng)中最為常見的一個故障，大多為單相接地短路的故障；對于電機(jī)和變壓器等大型機(jī)電設(shè)備，匝間和層間或相間短路是其主要的幾個故障。如出現(xiàn)短路故障，那么就會造成極為嚴(yán)重的后果，從而使整個系統(tǒng)的部分電網(wǎng)電壓下降，強(qiáng)大的短路電流會通過電氣設(shè)備產(chǎn)生的熱效應(yīng)及電動力，使電機(jī)設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p傷，無法正常運行。短路故障造成的后果是極為嚴(yán)重的，同時還會伴隨著強(qiáng)烈的電弧、發(fā)熱和電動力，致使回路內(nèi)的電氣設(shè)備遭受損壞。長期過負(fù)荷會使設(shè)備絕緣老化，一相斷線就很容易引起電動機(jī)過負(fù)荷。對于中性點不接地系統(tǒng)來說，一相接地可能會形成電弧接地過電壓，這樣其它兩相對地電壓也會隨之升高到1.71倍相電壓，兩種過電壓都可能引起相問短路。這一問題的存在，就會使接地電弧能引起火災(zāi)或瓦斯煤塵爆炸。所以，一旦出現(xiàn)故障而無法正常工作時，就要及時排除故障。因此，在供電系統(tǒng)及機(jī)電設(shè)備中安裝繼電保護(hù)裝置已經(jīng)成為保護(hù)系統(tǒng)和供電設(shè)備的主要對策。一般情況下，繼電保護(hù)裝置主要有以下幾個任務(wù)：

1、對電力系統(tǒng)的運行進(jìn)行監(jiān)視，在被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，該原件的繼電保護(hù)裝置會迅速的給離故障元件最近的斷路器發(fā)生跳閘命令，這樣故障元件就會及時的從電力系統(tǒng)中斷開，防止事故擴(kuò)大；當(dāng)系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生的故障足以損壞設(shè)備甚至危及到電網(wǎng)的安全時，繼電保護(hù)裝置就會發(fā)揮最大限度去減少對電力系統(tǒng)元件本身的損壞，進(jìn)而就在一定程度上降低了對電力系統(tǒng)安全供電的影響。

2、對電氣設(shè)備的不正常工作情況能準(zhǔn)確反應(yīng)出來，同時也根據(jù)不正常工作情況及設(shè)備運行的維護(hù)條件的不同情況發(fā)出信號，給值班員做出提示，并采取有效對策解決，使設(shè)備能及時恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。此外，也可以切除那些引起事故而在繼續(xù)運行的電氣設(shè)備。對于反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護(hù)裝置允許帶有一定的延時動作。

3、實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化和遠(yuǎn)程操作，以及工業(yè)生產(chǎn)的自動控制。

四、煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的未來發(fā)展趨勢

從目前的情況看，煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)將向計算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化的趨勢發(fā)展。

1、計算機(jī)化

計算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，促使微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了3個發(fā)展階段，即從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，用了還不到5年時間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后來又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)， 大大提高了性能，并得到了廣泛應(yīng)用和推廣。

2、網(wǎng)絡(luò)化

目前，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具，已成為當(dāng)前信息時代的技術(shù)支柱，改變?nèi)祟惿a(chǎn)和社會生活的面貌。目前為止，除了差動保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，其余所有的繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用僅限于切除故障元件，將事故的影響范圍縮小。主要原因就是因缺少強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。而對一般的非系統(tǒng)保護(hù)來說，實現(xiàn)保護(hù)裝置的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置得到的系統(tǒng)故障信息愈多，對于判斷故障性質(zhì)、故障位置、故障距離越有利，也越準(zhǔn)確。對自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現(xiàn)保護(hù)對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息，只有實現(xiàn)保護(hù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能真正的做到這一點。所以，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這也是今后微機(jī)保護(hù)發(fā)展的一個必然趨勢。

3、保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化

在實現(xiàn)繼電保護(hù)的計算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置的本質(zhì)就是一臺高性能、多功能的計算機(jī)，作為整個煤礦供電系統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端。

4、智能化

眾所周知，近年來人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等電力系統(tǒng)在各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種非線性映射方法，很多難以列出方程式或難解復(fù)雜非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法均可以迎刃而解。例如：輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生渡電阻短路就是一個非線性問題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置判別，從而就容易造成誤動或拒動；用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，大量故障樣本訓(xùn)練，樣本集中充分考慮了各種情況，則發(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨特求解復(fù)雜問題能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。通過實踐所取得的初步成果，我們就可以預(yù)見，人工智能技術(shù)繼電保護(hù)領(lǐng)域必會得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的一系列問題。

五、結(jié)束語

綜上所述，文章主要是針對煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理及主要任務(wù)方面做了系統(tǒng)分析，并對今后的發(fā)展趨勢做了詳細(xì)論述，這對煤礦生產(chǎn)及煤炭行業(yè)的發(fā)展有著重要意義。

六、參考文獻(xiàn)

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作者簡介：楊海林，男，1981，大專，山西省長治市，助理工程師，現(xiàn)就職于潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司供電科，主要從事井上下電氣管理方面工作。