岳城煤礦快切裝置拒動故障分析與改進

田志勇

(晉城無煙煤礦業(yè)集團 沁秀龍灣能源有限公司,山西　晉城　048007)

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·技術經驗·

岳城煤礦快切裝置拒動故障分析與改進

田志勇

(晉城無煙煤礦業(yè)集團 沁秀龍灣能源有限公司,山西晉城048007)

對于煤礦主通風機等大型設備，連續(xù)可靠的供電是保證煤礦安全的基本條件，工作電源與備用電源之間的快速切換是實現(xiàn)可靠供電的重要手段。分析了對岳城煤礦主通風機供電系統(tǒng)快切裝置出現(xiàn)的兩起典型拒動故障的原因，提出快切裝置中新增“過流閉鎖經方向”控制字，適當調整和選擇整定值的改進措施，與傳統(tǒng)的備用電源自動切換裝置相比，有很大的優(yōu)越性。

快切裝置；拒動故障； “過流閉鎖經方向”控制字； 整定值

岳城煤礦是1座年產150萬t的中型礦井，屬于高瓦斯礦井。礦井主通風機供電線路為架空線路，受雷電、大風等自然災害因素影響，系統(tǒng)停電、晃電事故時有發(fā)生，極易造成瓦斯超限，給礦井安全生產造成很大壓力。2000年，通過系統(tǒng)改造，替換了主通風機供電系統(tǒng)原有的傳統(tǒng)備用電源自動切換裝置(簡稱BZT裝置)，采用了發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中應用較廣的RCS-9655S型電源快速切換裝置。該裝置不僅具有邏輯判斷功能, 同時在切換中具有周期捕獲功能和殘壓檢測功能, 使備用電源投入對負荷電機的沖擊最小。目前，系統(tǒng)改造已應用到岳城煤礦的其它一類負荷中，如主排水系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)等，保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提升了煤礦的安全水平。

幾年來，系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，遇到電源故障或其它原因停電時，能很快判斷切除故障，達到不停風、不停電目的，保障了礦井安全生產，但也發(fā)生過快切裝置拒動的故障。針對不同事故類型，經過綜合分析和研判，暴露出了軟件缺陷、整定值設置不合理等問題，并采取了相應的整改措施，提供了一定的借鑒。

1　岳城煤礦主通風機供電方式及快切方案

岳城煤礦設有1座35/6 kV變電所, 雙回路電源來自上級110/35 kV變電所，主通風機變電站雙回線路由35/6 kV變電所6 kV不同母線段饋出。供電方式全部采用單母線分列運行、母聯(lián)開關熱備的方式(圖1).礦井主要通風設備為2臺BDK-31.5-2×710 kW型對旋式通風機。系統(tǒng)中除母聯(lián)開關和I回風機負荷開關在分位外，其他開關均在合位。6 kV終端的具體運行方式為：I回進線開關701在合位，I回進線有電壓，下端負荷側分位；II回進線開關702在合位，II回進線有電壓，下端負荷側合位， 2#主通風機運行；母聯(lián)開關700在分位，處于熱備狀態(tài)。

圖1　主通風機系統(tǒng)運行方式圖

快切裝置安裝在主通風機配電室內，主通風機兩回路進線的進線電流、電壓信號，兩回進線開關及母聯(lián)開關狀態(tài)信號輸入快切裝置，作為快切裝置是否動作的邏輯判據。快切裝置跳閘命令接入兩回路進線開關的跳閘回路，合閘命令接入母聯(lián)開關的合閘回路，當任一供電支路故障時, 快切裝置根據故障情況, 跳開電源側開關701 (或702), 合母聯(lián)開關700, 兩段母線均由無故障的電源支路供電，保證母線不失電，實現(xiàn)工作電源故障時，快速投入備用電源，既保證了通風設備的連續(xù)運行，又不會對電機造成沖擊。

2　快切裝置動作失敗及原因分析

快切裝置在多年運行中，出現(xiàn)了幾次快切失敗和拒動，下面以兩個典型案例進行說明。

2.1主通風機配電室短路故障快切裝置拒動案例

2015年8月5日，主通風機Ⅱ回線路發(fā)生故障，上一級開關608跳開(見圖1)，快切裝置拒動。

現(xiàn)場供電系統(tǒng)圖見圖2，風機房I、II回路開關在合位，母聯(lián)開關在分位，II回主通風機運行。故障發(fā)生后，工作人員迅速進行了手動切換，恢復了通風，對故障進行了排查，并對快切裝置進行了相關的檢查，對快切裝置的定值、動作報告、自檢報告、變位報告進行了分析，確認在II回線路K3點(圖2)發(fā)生了短路故障。

圖2　風機房供電系統(tǒng)簡圖

快切裝置的自檢報告見圖3，確認在2015-08-05T12:54(序號485)II回母線監(jiān)測到電壓異常，并在2015-08-05T12:55(序號486)發(fā)出“出口閉鎖”指令，快切拒動。

圖3　快切裝置自檢報告圖

同時，查看了快切的動作報告,見圖4，確認在2015-08-05T12:54(序號271)線路2過流啟動。

圖4　快切裝置動作報告圖

原因分析：K3處發(fā)生故障的時候，一方面電源側向故障點注入故障電流，另一方面，由于主通風機還在運轉，風機房的母線殘壓也向故障點注入故障電流，而故障電流超過了過流閉鎖幅值160%，見圖5，由于投入了“過流閉鎖”，導致快切裝置閉鎖啟動，保護裝置無法給快切裝置輸入啟動信號，最終導致快切裝置切換失敗。

圖5　快切裝置過流閉鎖定值圖

短路點發(fā)生在K3，如果進行切換，不會影響II回風機正常運轉，理論上是應該進行切換的。如果短路點發(fā)生在K4、K5處，線路電流增大導致進線跳閘，此時快切裝置因為過流閉鎖，不進行切換是正常的，否則將會造成二次故障。

改進措施：通過與生產廠家溝通，對快切裝置的程序版本進行了更新升級，完善了相關程序，新增了5項控制字定值、7項切換定值、2項出口定值及部分裝置參數定值?？烨醒b置中新增了 “過流閉鎖經方向”控制字，用于選擇過流閉鎖功能是否經方向。方向元件的靈敏角為225°，采用90°接線方式。方向元件和電流元件接成按相啟動方式。方向元件帶有記憶功能，可消除近處三相短路時方向元件的死區(qū)。通過投入“過流閉鎖經方向”控制字定值整定，快切裝置能夠有效判斷短路故障點位置，最大限度地實現(xiàn)切換和保障運行安全。

2.2上級變電所短路故障快切裝置拒動案例

2014年9月6日，上級變電站110/35 kV站35 kV側負荷開關發(fā)生相間短路故障，開關跳閘(見圖1)，I回母線失電，快切裝置拒動。

工作人員對快切裝置相關報告和參數進行了提取和分析。

相關信息為：事故發(fā)生時，35 kV站電容器低電壓保護動作，動作電壓為3.16 V；母線1電壓異常報警，6 s以后出口閉鎖，3 min以后出口閉鎖返回，30 min以后母線1電壓異常報警消失。

原因分析：事故是由于110/35 kV變電站I回線路相間短路故障引起的，通過故障錄波(見圖6)可以看出，事故時母線I回電壓衰減特別快，迅速降低到“電壓異常幅值”整定值以下，快切裝置啟動，發(fā)出“母線1電壓異常報警”，而此時，母線電流也在衰減，但因衰減較慢，導致母線電壓超出“電壓異常延時”整定值時間后，母線電流仍在“無流幅值”整定值以上，快切裝置未能執(zhí)行“無流啟動”；同時，由于“電壓異常幅值”整定值較 “失壓啟動”整定值大，從邏輯上看，“電壓異常起動”要先于“失壓起動”啟動，但由于“失壓起動延時”整定值和“電壓異常延時”整定值相等，快切裝置切換到“電壓異常閉鎖”快切功能，所以快切裝置優(yōu)先執(zhí)行了“電壓異常閉鎖”，最終造成裝置拒動。

圖6　快切裝置錄波波形圖

改進措施：上級變電所單回路母線出現(xiàn)故障，快切裝置應該快速響應，進行切換。從錄波波形可以看出，一些故障呈現(xiàn)出電壓比電流衰減快的特點，可能導致快切裝置無法運作。對此，可以采取如下改進措施：

1) 因為快切裝置中，理論上對失電流切換要求延時設定非常短，可以將“無流幅值”整定值調大，使快切裝置在具備啟動條件的情況下優(yōu)先執(zhí)行“無流起動”，進行快切。

2) “電壓異?！焙汀笆骸敝饕轻槍子?、大風等造成的短暫晃電現(xiàn)象而設置的選項，該類故障一般經過裝置“延時”確認后，能很快進行判斷執(zhí)行切換還是保留閉鎖，但在“延時”整定設置的時候，應有差異，“電壓異常延時”整定值應比“失壓起動延時”整定值大。

3) 根據現(xiàn)場實際情況，只要雙回路供電長期穩(wěn)定，在一回路出現(xiàn)故障時，能保證切換到另一回路，那樣，就可以退出快切裝置中“電壓異常閉鎖”功能，最大限度地保障供電。

通過對快切裝置相關整定值進行調整后(具體整定值見表1)，運行良好。

表1　整定值對比表

3　結　論

快切裝置在岳城煤礦已運行多年，相較與傳統(tǒng)的備用電源自動切換裝置，體現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。強大的邏輯判斷功能和完善的閉鎖功能使其具有很強的適應性，且快速切換功能將故障對運行設備的沖擊程度降到最低。但快切裝置能否真正發(fā)揮作用，除了強化日常對設備、裝備的維護保養(yǎng)外，能夠熟練掌握、運用和設置快切裝置的基本程序也很重要。通過分析研判事故類型，綜合各方面情況，不斷完善軟件系統(tǒng)，適當調整和選擇整定值，對快切裝置的有效運行及保障煤礦安全生產意義重大。

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Analysis and Improvement of Resist-operation Fault in Fast Switching Device of Yuecheng Coal Mine

TIAN Zhiyong

For coal mine large equipment such as main ventilator, continuous and reliable power supply is the basic condition to ensure coal mine safety. Fast switch between the power supply and backup power is an important mean to achieve reliable power supply. Two typical resist-operation faults of the power supply system fast switching device in main ventilator of Yuecheng coal mine are studied and analyzed, and the corresponding improvement measures are proposed.

Fast switching device; Resist-operation fault; Over-current blocking by direction control word; Setting value

2016-05-22

田志勇(1973—)，男，山西晉城人，2005年畢業(yè)于太原理工大學，工程師，主要從事礦山機電技術及應用的研究

(E-mail)ywqstzy@163.com

TD611

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1672-0652(2016)06-0016-03