基于廣域信息處理的井下選擇性漏電保護(hù)技術(shù)

牛 淼

(山西西山煤電股份有限公司 西曲礦， 山西 古交 030200)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)煤機(jī)設(shè)備自動(dòng)化水平和煤礦綜采技術(shù)的提升，各大煤礦的煤炭生產(chǎn)效率和安全性也得到較大發(fā)展，同時(shí)也對(duì)礦井低壓供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、連續(xù)性提出了更高要求。電纜是煤礦井下電網(wǎng)的主要電力傳輸設(shè)備，其安全性極大地影響著煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、物料運(yùn)移、環(huán)境通風(fēng)和人員輸送等重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。井下電氣設(shè)備眾多，電纜分布廣泛，使用環(huán)境復(fù)雜，容易因設(shè)備移動(dòng)、環(huán)境腐蝕、人員誤操作等對(duì)電纜的物理絕緣層造成損害，進(jìn)而引發(fā)單相或多相漏電事故。實(shí)際生產(chǎn)中，因漏電事故導(dǎo)致的電氣故障占80%以上，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性和人員安全性影響較大[1-3]。

漏電事故發(fā)生時(shí)，為防止引發(fā)瓦斯爆炸等事故，應(yīng)及時(shí)切斷相應(yīng)支路電源，并由維修人員進(jìn)行故障排查和電力恢復(fù)，這就要求井下電網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)β╇姽收线M(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和區(qū)域定位。近年來(lái)，選擇性漏電保護(hù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于井下漏電事故的防護(hù)，可自動(dòng)識(shí)別漏電支路，但其判據(jù)相對(duì)比較單一，可能出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，亟需開發(fā)一種對(duì)漏電故障識(shí)別準(zhǔn)確度和效率更高的系統(tǒng)[4-5]。針對(duì)這一問(wèn)題，本文將對(duì)基于廣域信息處理的井下選擇性漏電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。

1 漏電故障的電參數(shù)特征

各支路的零序電流表示如下：

(1)

(2)

(3)

圖1 井下供電網(wǎng)絡(luò)支路漏電模型

發(fā)生漏電故障線路中的零序電流如下：

(4)

圖2 漏電故障時(shí)線路中的零序電流和零序電壓向量圖

2 基于廣域信息處理的漏電保護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1 基本原理

基于廣域信息處理的漏電保護(hù)技術(shù)是伴隨著快速發(fā)展的通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)而來(lái)的，相比于傳統(tǒng)的漏電保護(hù)原理，其特點(diǎn)在于充分利用井下低壓電力系統(tǒng)可獲取的各種參數(shù)信息，并按照預(yù)先設(shè)定的決策方案輸出最佳漏電保護(hù)策略，避免單一信息誤差導(dǎo)致的誤判，使對(duì)漏電故障的判定和對(duì)故障點(diǎn)的定位更加準(zhǔn)確可靠。

2.2 廣域保護(hù)區(qū)域?qū)蛹?jí)劃分方法

廣域保護(hù)區(qū)域的層級(jí)劃分方法包括分散式、干線式和混合式，其中分散式結(jié)構(gòu)層級(jí)劃分清晰，易于管理，因此較為常用。分散式層級(jí)可將決策權(quán)分配至各支路的保護(hù)終端，而非局限于一處統(tǒng)一的控制中心，既減小了控制中心的數(shù)據(jù)處理量，又提高了決策效率。具體來(lái)說(shuō)，分散式廣域信息系統(tǒng)是在原有支路的饋電開關(guān)位置增設(shè)“終端決策單元”RDU，各保護(hù)終端可根據(jù)所在支路的“本地測(cè)量單元”LMU的反饋信息對(duì)故障情況做出判斷，然后在變壓器總饋開關(guān)處增設(shè)“系統(tǒng)監(jiān)控中心”SMC，如圖3所示。

圖3 分散式廣域保護(hù)區(qū)域?qū)蛹?jí)劃分

實(shí)際生產(chǎn)中，由于單條支路的電纜線仍然較長(zhǎng)，為便于精確定位和精細(xì)化管理，因此在每條支路上設(shè)置多級(jí)饋電開關(guān)，具體區(qū)域的劃分原則如下：

(1) 對(duì)于分散式系統(tǒng)支路中的每個(gè)饋電開關(guān)，根據(jù)其服務(wù)設(shè)備的工作范圍，對(duì)開關(guān)的控制區(qū)域進(jìn)行劃分，這樣等于對(duì)各條支路進(jìn)行了更加精細(xì)的區(qū)域劃分，可在故障發(fā)生時(shí)縮小斷電的影響范圍。

(2) 對(duì)于分散式系統(tǒng)采用分層管理模式，在各饋電開關(guān)位置設(shè)置信息采集層和決策層，使各終端設(shè)備具備數(shù)據(jù)收集和分析功能。

2.3 基于廣域信息處理的漏電保護(hù)流程

以圖4為例，支路中一處RDU負(fù)責(zé)一處區(qū)域，各區(qū)域基于廣域信息處理的漏電保護(hù)流程如下：LMU收集各支路的零序電壓、零序電流等信號(hào)，上傳至本支路的RDU，然后由RDU根據(jù)預(yù)設(shè)的故障分析決策對(duì)漏電故障進(jìn)行識(shí)別，并將最終故障信息和定位數(shù)據(jù)發(fā)送至SMC，由SMC對(duì)故障進(jìn)行最終判斷，最后將饋電開關(guān)的動(dòng)作信息反饋回LMU，控制開關(guān)跳閘，保護(hù)支路安全。

3 基于廣域信息處理的故障選線與定位方法

為實(shí)現(xiàn)快速故障識(shí)別和故障點(diǎn)定位，可將基于廣域信息處理的零序電壓檢測(cè)信號(hào)作為故障的快速識(shí)別依據(jù)，然后再利用零序電流相位的關(guān)系來(lái)進(jìn)一步確定故障位置。

圖4 基于廣域信息處理的漏電保護(hù)流程示例

3.1 故障識(shí)別

3.2 故障區(qū)域定位

在確定漏電事故發(fā)生后，應(yīng)進(jìn)行故障區(qū)域的準(zhǔn)確定位。各支路上的不同控制節(jié)點(diǎn)處設(shè)置有“終端決策單元”，可收集本區(qū)域的零序電流信號(hào)，然后上傳至監(jiān)控中心，通過(guò)與相鄰區(qū)域信息對(duì)比，逐級(jí)分析比較，然后按預(yù)定規(guī)則進(jìn)行故障區(qū)域定位，具體如下：

(1) 當(dāng)所檢測(cè)區(qū)域的零序電流幅值與相鄰支路數(shù)值接近，且小于設(shè)定差值時(shí)，判定該檢測(cè)區(qū)域無(wú)漏電故障。

(2) 當(dāng)所檢測(cè)區(qū)域的零序電流特征量的正負(fù)值與多數(shù)相鄰支路相反時(shí)，判定該區(qū)域發(fā)生漏電故障，由“系統(tǒng)監(jiān)控中心”下達(dá)漏電保護(hù)指令，相應(yīng)區(qū)域繼電器發(fā)生動(dòng)作。

(3) 當(dāng)所檢測(cè)區(qū)域的零序電流幅值顯著大于相鄰支路數(shù)值時(shí)，判定該檢測(cè)區(qū)域發(fā)生漏電故障，由“系統(tǒng)監(jiān)控中心”下達(dá)漏電保護(hù)指令，相應(yīng)區(qū)域繼電器發(fā)生動(dòng)作。

根據(jù)以上技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)井下低壓電網(wǎng)漏電事故的快速識(shí)別，以及故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位和故障排除，提高煤礦生產(chǎn)的穩(wěn)定性，降低漏電事故影響范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)煤礦低壓電網(wǎng)系統(tǒng)常見(jiàn)的漏電故障及當(dāng)前漏電保護(hù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本文首先分析了漏電事故發(fā)生時(shí)各支路中零序電壓、零序電流等電信號(hào)的參數(shù)特征，然后對(duì)基于廣域信息處理的漏電保護(hù)系統(tǒng)的工作原理、區(qū)域?qū)蛹?jí)劃分方法及漏電保護(hù)流程等進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上，提出了基于廣域信息處理的故障識(shí)別和故障區(qū)域定位方法，由此可提高煤礦生產(chǎn)的穩(wěn)定性，降低漏電事故影響范圍，給企業(yè)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)效益。

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