礦山安全供電可靠性探析

趙春鳳

（山西蘭花大寧發(fā)電有限公司，山西晉城 048000）

礦山開采是一項危險的工作，在礦山開采過程中，出現(xiàn)的明火燃燒、坍塌等事故都會威脅到工作人員的人身安全。礦山礦井內(nèi)部的安全防護，很大一部分都依賴電力驅(qū)動。所以，想要確保供電系統(tǒng)的安全性，需要加強工作過程的安全性保護。所以，提升供電系統(tǒng)可靠性，做好繼電保護，是當前礦山安全供電的前提條件。

1 礦山供電安全可靠性強化的意義

第一，礦山供電系統(tǒng)維護運行費用屬于開采礦山的一筆重要的開支，供電安全可靠性是一項繁瑣而長期性的工程，但是相比后續(xù)的維修費用以及人員成本，其本身的耗費很低。切實有效地提升礦山供電安全可靠性，不僅可以降低電力系統(tǒng)維修的費用開支，同時也可以降低電力系統(tǒng)維修成本的耗費，降低工作人員的勞動強度。第二，通過礦山供電安全可靠性，可以了解線路與設備的實際運行情況，從而更好地管理礦山的日常工作。所以需要在供電系統(tǒng)安全性舉措之中找到薄弱環(huán)節(jié)，針對性地進行調(diào)整，這樣才可以滿足安全生產(chǎn)工作的運行。本文作者就繼電保護這一塊進行分析[1]。

2 礦山供電系統(tǒng)中繼電保護配合問題

礦山供電系統(tǒng)直接影響煤礦的日常運行，屬于煤礦的命脈所在，如果供電系統(tǒng)運行不安全，可靠性較低，會給人員以及設備帶來危害。所以，針對礦山供電系統(tǒng)，需要做好相應的監(jiān)控與保護，才可以滿足系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性的要求。其中，在礦山供電系統(tǒng)安全與穩(wěn)定方面，繼電保護是核心。但是目前，礦山供電系統(tǒng)中的繼電保護配置與整定還有一定的問題沒有解決。

目前，在礦山的井下供電系統(tǒng)中，一般會選擇6kV和10 kV的高壓電壓，但是整定的繼電保護原則卻有所缺失：如線路偏短，但是負荷較大，供電線路偏多，這些問題都會對供電系統(tǒng)繼電保護整定的原則加以約束，導致其無法與電力行業(yè)的原則一致。所以，想要擁有自己的特點，就需要考慮井下實際情況。另外，礦山電源進線保護已經(jīng)對整定值與動作時間產(chǎn)生限定，供電系統(tǒng)作為下一級系統(tǒng)，需要確保其匹配到上一級，但是傳統(tǒng)的方式無法實現(xiàn)這個要求，并且還會影響其本身的可靠性。所以，需要由一套滿足穩(wěn)定運行要求的繼電保護裝置才能夠滿足礦山生產(chǎn)的實際需求[2]。

3 礦山繼電保護優(yōu)化配合方案

本文作者通過井下線路保護、變壓器保護以及采區(qū)變電所反時限電流保護3個方面對礦山的優(yōu)化配合方案進行分析。

3.1 井下線路的保護

3.1.1 定時限過流保護

定時的限過流保護整定原則，就是在最大負荷電流基礎上，將定時過流值直接避開，其靈敏度高于1.5，在進行校驗分析的時候，主要是通過線路末端兩相短路電流來實現(xiàn)。考慮到階梯時限，就可以滿足整定方面的處理。

3.1.2 限時速斷保護

礦山井下高壓供電系統(tǒng)本身存在特殊性，由于其高壓電網(wǎng)是電纜線路直接構(gòu)成的，各個線路距離都小于1 km，這樣就使得母線短路電流差值不大，所以，縱向選擇無法依靠工作電流差來保護，但是在配合上也可以選擇延時時限來進行，利用0.3 s的短延時，就能符合要求，也能滿足縱向需求。所以，確定動作電流整定值，還需要合理的進行闡述。

第一，整定動作電流值，需要考慮到末端最小兩相短路電流以及靈敏系統(tǒng)。

動作電流值躲過線路的最大負荷電流：

式中：Kco為1.3～1.5。

3.1.3 瞬時速斷保護

如6 kV的饋出開關，其本身為三段的保護模式，就可以利用線路末端的三相短路電流來對動作電流值進行驗證和分析，進而實現(xiàn)對三相短路電流的躲過。假設存在兩相短路，其保護范圍能夠囊括線路的20%，這樣就可以保護好剩余的60%的線路[3]。

瞬時速斷的設定，一般需要基于三相短路電流的躲過來實現(xiàn)，如采區(qū)的變電所、井下中央變電所的進線開關和饋出開關，雖然電纜線路很短，但是在最小的運行方式下，其兩端短路保護范圍直接為0，不過窮限時速斷的保護靈敏度較高，并且時限很短，這樣就能在短時間內(nèi)直接切除故障。所以，將順勢速斷保護投入開關之中，就可以提升供電的可靠性，但是對于靈敏度的要求并不高。

3.2 變壓器的保護

3.2.1 變壓器主保護

在變壓器的主保護之中主要包含比率差動保護和差動速斷保護，具體如圖1所示。圖中，Id為動作電流，Ir為制動電流，Kb1為比率差動制動系數(shù)，Icdqd為差動電流起動值，Ie為變壓器額定電流[4]。

實際上，差動的速斷保護器本身為差動電流過電力繼電器的反應，其本身是針對嚴重故障過程中保護好快速動作跳閘，一般來說，其出口的動作時間不會超出15 ms。

圖1 變電器主保護整定曲線

3.2.2 變壓器后備保護

第一，符合電壓閉鎖過流保護原理。一旦出現(xiàn)三相短路故障，當不存在負序電壓的情況下，就不會出發(fā)負序電流繼電器。當1FTJ1處于閉合狀態(tài)，所以降低三相電壓，低壓繼電器保持繼續(xù)的工作，這樣就會直接閉合1YJ1（其中1YJ表示的低電壓繼電器，1FYJ表示的負序過電壓繼電器）。當直接閉合之后，在發(fā)生故障的同時，也能讓三相電流繼電器開始動作，這樣就會啟動出口繼電器BCJ，進而保護出口跳閘。在變壓器過流保護之中，通過符合電壓閉鎖元件的使用，就可以整定其動作電流。當動作電流處于相對較小值的時候，就能夠提升其靈敏度[5]。

第二，由于電流的整定值較少，并且上下級的變壓器線路本身就很短。無論出現(xiàn)哪一方面的線路故障，都會直接啟動電流與案件，但是本身欠缺選擇性，并且無論是低電壓元件，還是負序電壓元件，其本身都屬于啟動的元件，所以本身并不存在多大的整定值。一旦面臨故障，會直接啟動電流元件，進而引發(fā)保護誤動。在使用復壓閉鎖的時候，需要對低電壓定值和負序電壓定值進行重新的整定。這一刻，電壓主要是對故障加以判斷，基于對線路的保護處理，可以直接針對性地進行整定，并且還會存在一定的保護范圍，直接轉(zhuǎn)化成為電流啟動電壓的模式。但是，考慮到電壓等級以及線路長短的問題。當故障出現(xiàn)在6kV一段母線和二段母線井下的線路末端，這樣就會出現(xiàn)后備的保護拒動，甚至還可能燒壞?；陟`敏性和可靠性的保護，盡量不要使用復壓閉鎖元件[6]。

3.3 采區(qū)變電所反時限電流保護

圖2所示為反時限繼電器特性曲線，通過瞬時動作電流、啟動電流以及反時限特征曲線來對反時限的特性進行表達。其反時限過電流保護在采區(qū)的變電所裝設，其動作特征方程如下：

當啟動電流比通過繼電器的電流大，則不會有動作出現(xiàn)在繼電器之中。如果繼電器流過的電流比瞬時動作電流大，那么反時限繼電器可以基于動作的時間。如果包含在電流的范圍值之中，在電流繼電器出發(fā)啟動之后，觸點的延時閉合的時間和電流的比值之間存在一定的關聯(lián)度。K為時間設定的系數(shù)，K值不同的時候，會有不同的動作曲線存在，當K值越小，氣動作的實際時間也會逐漸的減少[7]。

圖2 特性曲線

逐級的配合各個保護工作時限，如此才可以滿足保護之間的動作選擇性?；谙率龅脑O定，可以保護各個線路保護裝置動作的選擇性[8]。

如，各個啟動電流按照躲過最大負荷電流的原則來加以整定，其計算從距離電源最遠的保護開始，Iop.1屬于整定值，t1為動作時間，如此可以將點a1確定。一旦點k1有故障，受到Ik1.max電流作用，可以讓繼電器本身固有的時間tb整定成為保護1的時限，進而確定好點b。具體見圖2中的曲線1，通過a1和b兩點，按照上述的兩個條件即可確定[9]。

4 結(jié)語

總而言之，對于礦山這一環(huán)境而言，供電系統(tǒng)是非常關鍵的，因為供電環(huán)境的復雜性，再加上礦井下的特殊之處，無法保障供電系統(tǒng)的可靠性和安全性。所以，希望通過文中的分析，可以確保礦山供電系統(tǒng)的安全性。