煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用

梁超

【摘 要】與目前煤礦供電網(wǎng)絡(luò)常用的三種防越級(jí)跳閘技術(shù)方式相比，基于縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的防越級(jí)跳閘技術(shù)，是一種相對(duì)成熟且操作簡(jiǎn)單的技術(shù)方式。特點(diǎn)在于，這項(xiàng)技術(shù)可根據(jù)不同煤礦的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)水平，做出適當(dāng)調(diào)整。在發(fā)生煤礦供電網(wǎng)故障時(shí)，第一時(shí)間排除故障，保障了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，為企業(yè)安全生產(chǎn)、有序管理提供了有力的保障，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】煤礦；供電；防越級(jí)跳閘；保護(hù)應(yīng)用

1. 導(dǎo)言

本文了分析了煤礦井下供電廣泛存在的“越級(jí)跳閘”問(wèn)題和防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)；介紹防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)主要構(gòu)成部分及其所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合某煤礦井下供電系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行了該煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，能夠有效地避免越級(jí)跳閘的發(fā)生。

2. 原因分析

礦井電網(wǎng)存在“越級(jí)跳閘”的原因煤礦井下巷道狹窄，空氣潮濕，在此環(huán)境下使用的電器設(shè)備、供電電纜和電纜接頭容易發(fā)生漏電和短路事故。目前，我國(guó)煤炭企業(yè)電網(wǎng)多為多級(jí)輻射狀的供電模式，其特點(diǎn)為供電線路短，延伸級(jí)數(shù)多，不同級(jí)別的短路電流很接近，一旦線路某處短路，短路電流可達(dá)數(shù)千安到上萬(wàn)安，短路點(diǎn)上面的各級(jí)開關(guān)都滿足電流速斷保護(hù)跳閘條件，當(dāng)上級(jí)開關(guān)跳閘靈敏度高時(shí)上級(jí)開關(guān)跳閘，造成越級(jí)跳閘，甚至?xí)苯釉斐傻孛孀冸娬鹃_關(guān)越級(jí)跳閘，特別是35 k V系統(tǒng)，造成全礦井停電的惡性事故，甚至?xí)霈F(xiàn)主扇停風(fēng)事故。傳統(tǒng)的三段式過(guò)電流保護(hù)無(wú)法兼顧保護(hù)動(dòng)作快速性和選擇性的要求，當(dāng)井下供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，普遍存在“越級(jí)跳閘”現(xiàn)象，造成恢復(fù)供電時(shí)間延長(zhǎng)，直接影響井下的安全生產(chǎn)。在煤礦供電電網(wǎng)中，造成越級(jí)跳閘的主要原因主要有以下幾種：1）短路保護(hù)難以整定。井下供電線路短、多級(jí)變電所級(jí)聯(lián)導(dǎo)致拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，短線路零秒的速斷保護(hù)無(wú)保護(hù)區(qū)，在線路末端發(fā)生短路故障時(shí)，其上級(jí)開關(guān)及上幾級(jí)開關(guān)感受的短路電流幾乎差不多，各級(jí)開關(guān)的零秒速斷保護(hù)無(wú)選擇性跳閘而造成越級(jí)跳閘；井下供電系統(tǒng)沒有時(shí)間級(jí)差，過(guò)流保護(hù)整定困難，在發(fā)生短路故障時(shí)，極易出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況。同時(shí)，井下防爆開關(guān)的拒動(dòng)現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，也極易造成越級(jí)跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。目前的系統(tǒng)以短路保護(hù)為主保護(hù)，系統(tǒng)圖上每個(gè)藍(lán)色小方塊代表一個(gè)短路保護(hù)。當(dāng)采區(qū)變電所任何一條負(fù)荷線出現(xiàn)故障時(shí)，都有可能導(dǎo)致上一級(jí)變電所開關(guān)跳閘，即“越級(jí)跳閘”，導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大。2）傳統(tǒng)意義上的光纖縱差保護(hù)不能解決所有問(wèn)題。將傳統(tǒng)的光纖縱差保護(hù)作為聯(lián)絡(luò)線的主保護(hù)，能夠可靠解決部分“越級(jí)跳閘”問(wèn)題，但對(duì)于三端線路及多端線路卻不能解決。因?yàn)楝F(xiàn)有的光纖縱差模型全部是根據(jù)兩端線路配置的，如果需要對(duì)多端線路進(jìn)行光纖縱差處理，則存在技術(shù)上的難點(diǎn)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

3. 煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

3.1數(shù)字式光纖差動(dòng)保護(hù)原理

本文所采用的數(shù)字式光纖差動(dòng)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)原理可以 從瞬時(shí)采樣值的電流差動(dòng)保護(hù)和故障分量電流差動(dòng)保護(hù)兩大原理 進(jìn)行分析。瞬時(shí)采樣值的電流差動(dòng)保護(hù)原理主要作用是判斷有無(wú)發(fā) 生區(qū)內(nèi)故障，是指按照一定判斷依據(jù)而構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，其自動(dòng)方 程式可以表示成|i 表示線路兩端電流采用的瞬時(shí)值，K 為制動(dòng)系數(shù)、I 為整定值。當(dāng)瞬時(shí)采用值電流差動(dòng)保護(hù)采用判據(jù)窗>9時(shí)，制動(dòng)保護(hù)效果最佳。

3.2差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行存在問(wèn)題及對(duì)策

該系統(tǒng)下差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行過(guò)程中可能存在的問(wèn)題有CT 飽和、CT 斷線、同步化處理和誤碼校驗(yàn)、弱饋問(wèn)題及電容電流問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)出 現(xiàn)故障時(shí)，短路電流會(huì)有一定幅值的非周期分量，這會(huì)導(dǎo)致電流互 感器鐵芯的磁密度值快速飽和，這種情況下，勵(lì)磁的阻抗能力會(huì)減 弱，勵(lì)磁電流增加，導(dǎo)致二次電流的波形畸變。具體表現(xiàn)在以下幾 點(diǎn)：（1）發(fā)生嚴(yán)重故障后，CT 有一個(gè)線性傳變區(qū)，在該區(qū)內(nèi)能把一次 電流準(zhǔn)確的傳送到二次側(cè)，并在該區(qū)存在的時(shí)間會(huì)隨著故障的嚴(yán)重 程度減少。（2）對(duì)因故障電流中非周期分量引起的CT 飽和，勵(lì)磁電 流和二次電流會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波波形不對(duì)稱的問(wèn)題，且差流波形會(huì)有 嚴(yán)重的偏移問(wèn)題。（3）因穩(wěn)態(tài)短路電流引起的CT 飽和，勵(lì)磁電流和 二次電流的波形呈奇對(duì)稱?？梢?，當(dāng)CT 飽和時(shí)，會(huì)使得在電流差動(dòng) 保護(hù)區(qū)內(nèi)的保護(hù)延遲，而區(qū)外的保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)此，該系統(tǒng)可以采用 CT 飽和識(shí)別技術(shù)來(lái)避免光纖差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題的出現(xiàn)。 CT 斷線上，與CT 飽和相比，CT 斷線雖然不會(huì)導(dǎo)致光纖差動(dòng)保 護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題，但是如果發(fā)生在區(qū)外故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)問(wèn)題。對(duì)此， 可以使用較為成熟的CT 斷線依據(jù)來(lái)檢測(cè)CT 是否出現(xiàn)斷線 問(wèn)題上，如果在此情況下發(fā)生線路內(nèi)部故障，就會(huì)使得弱饋側(cè)的故障電流流入量減小，很可能會(huì)導(dǎo)致電流差動(dòng)保護(hù)的拒動(dòng)。對(duì)此，可以 在啟動(dòng)文件中設(shè)置一個(gè)低壓輔助啟動(dòng)元件，一旦電壓比該氣動(dòng)元件 定值低，就可啟動(dòng)，此時(shí)非弱饋側(cè)的保護(hù)就會(huì)收到啟動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而驅(qū) 動(dòng)電流差動(dòng)的保護(hù)出口，達(dá)到切除故障的目的。

3.3小電流接地選線功能

基于數(shù)字式光纖差動(dòng)技術(shù)設(shè)置的煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系 統(tǒng)，其小電流接地選線方法可以采用消弧線圈并聯(lián)中值電阻選線 法。該方法又可分為主動(dòng)式選線和被動(dòng)式選線，主動(dòng)式選線主要是 通過(guò)改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式或結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)的該變量進(jìn)行選線，有 消弧線圈并聯(lián)中值電阻法、注入法和殘留增量法。不過(guò)，后兩者方法 在理論研究上的缺陷，使得其在實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高，主要是采用消 弧線圈并聯(lián)中值電阻法。消弧線圈并聯(lián)中值電阻法是指發(fā)生單相接 地時(shí)，在消弧線圈的兩端能快速并聯(lián)一個(gè)中值電阻，增加故障線路 的零序電流，以正確選線。該方法的工作原理是：在系統(tǒng)處于正常狀 態(tài)下，利用該方法打開可控開關(guān)，中值電阻不會(huì)投入系統(tǒng)，中性點(diǎn)的 消弧線圈會(huì)對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)的容性電流進(jìn)行跟蹤，但受感性電流和容性 電流基本相等影響，其方向相反；當(dāng)有單相電弧性接地故障出現(xiàn)時(shí)， 受消弧線圈的補(bǔ)償作用影響，故障點(diǎn)的電流會(huì)快速減少，使得電弧 熄滅，故障消失；當(dāng)出現(xiàn)永久性接地故障時(shí)，消弧線圈就會(huì)立即跟蹤 補(bǔ)償，系統(tǒng)穩(wěn)定后，閉合可控開關(guān)讓中值電阻投入的時(shí)間縮短，促使 非故障線路和故障線路的零序電流相區(qū)別，方便選線。

4 .結(jié)論

目前煤礦井下供電系統(tǒng)線路保護(hù)普遍面臨著速斷過(guò)流保護(hù)定值無(wú)法整定、失壓保護(hù)零時(shí)延、漏電保護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)比較、保護(hù)器功能不全及通訊能力差等多個(gè)難題，導(dǎo)致煤礦井下供電出現(xiàn)欠壓、漏電、過(guò)流、短路等故障，嚴(yán)重威脅井下供電其可靠性。尤其是廣泛存在的“越級(jí)跳閘”，它是影響煤礦井下安全供電的一個(gè)重要因素，對(duì)井下供電系統(tǒng)安全及可靠運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅。

參考文獻(xiàn)：

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