防越級(jí)跳閘保護(hù)器在煤礦井下供電系統(tǒng)的應(yīng)用

董建文

(大同煤礦集團(tuán) 浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036002)

穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是煤礦安全的重要組成部分，安全供電的基礎(chǔ)是各種保護(hù)裝置齊全、可靠、靈敏，滿足穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性的要求。雖然各種保護(hù)齊全，但是由于煤礦井下環(huán)境惡劣，工作空間狹小，存在煤塵、瓦斯、水等物質(zhì)，越級(jí)跳閘事故時(shí)有發(fā)生。越級(jí)跳閘事故輕則越過一級(jí)導(dǎo)致一個(gè)采區(qū)停電，重則越過多級(jí)直至地面變電所，導(dǎo)致整個(gè)井下供電系統(tǒng)癱瘓。事故的發(fā)生嚴(yán)重威脅井下作業(yè)人員的安全，必須采取有效的防范措施。

1 防越級(jí)跳閘方法

1) 光纖縱差保護(hù)防越級(jí)跳閘。上下級(jí)間采用光纖縱差保護(hù)裝置，保護(hù)范圍固定，區(qū)外故障時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，區(qū)內(nèi)故障時(shí)可無延時(shí)迅速切除。

該保護(hù)基于“電路中流入節(jié)點(diǎn)電流的總和等于零”原理，原理簡單、使用電氣量單純、保護(hù)范圍明確、動(dòng)作不延時(shí)，能快速、可靠地切除故障。缺點(diǎn)是必須具有專門的光纖通信通道，不能解決開閉鎖多出線與多進(jìn)線間的保護(hù)配合問題，多層級(jí)差動(dòng)復(fù)雜性和成本也過高。

2) 接點(diǎn)閉鎖防越級(jí)跳閘。煤礦井下出現(xiàn)短路故障時(shí)，同一電源線上各級(jí)保護(hù)均啟動(dòng)，下級(jí)保護(hù)在本級(jí)啟動(dòng)時(shí)通過繼電器接點(diǎn)向上級(jí)保護(hù)發(fā)送閉鎖信號(hào)，閉鎖上級(jí)保護(hù)不動(dòng)作。

該保護(hù)方法邏輯簡單，通過逐級(jí)閉鎖可在一定程度上實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)速斷和保護(hù)選擇性，達(dá)到防越級(jí)跳閘目的。缺點(diǎn)是井下供電網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)較多時(shí)，繼電器接點(diǎn)傳輸距離變長，閉鎖回路接線復(fù)雜，傳輸可靠性低。同時(shí)需要敷設(shè)大量閉鎖信號(hào)電纜，投資及維護(hù)量大，可靠性差。

3) 集控式防越級(jí)跳閘。在每個(gè)變電所安裝獨(dú)立的集中式電流保護(hù)分站，不同變電所的分站通過光纖連接。分站與變電所內(nèi)的保護(hù)裝置建立通信聯(lián)系，當(dāng)某條線路出現(xiàn)故障時(shí)，各分站收集保護(hù)裝置檢測到的故障信息，根據(jù)線路級(jí)聯(lián)關(guān)系確定故障級(jí)后，對故障級(jí)保護(hù)裝置發(fā)出跳閘指令，實(shí)現(xiàn)故障有選擇性切除。

集控式防越級(jí)跳閘由分站集中判別故障并下達(dá)跳閘指令，一定程度上可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)速斷和保護(hù)選擇性，達(dá)到防越級(jí)跳閘目的。其缺點(diǎn)：a) 一旦分站網(wǎng)絡(luò)中斷或分站出現(xiàn)故障，會(huì)使整個(gè)區(qū)域防越級(jí)跳閘保護(hù)判別失效，引起越級(jí)跳閘。b) 適應(yīng)性差，后期維護(hù)成本高。如分站區(qū)域內(nèi)供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，需要重新設(shè)置分站的線路級(jí)聯(lián)關(guān)系模型和防越級(jí)跳閘判別邏輯，而分站更新程序不但存在安全隱患，而且受制于分站廠家，增加了維護(hù)成本。

2 XRKJ-600分布式防越級(jí)跳閘保護(hù)器

2.1 工作原理

該系統(tǒng)基于自適應(yīng)保護(hù)原理，對上下級(jí)供電系統(tǒng)進(jìn)行母線編號(hào)，區(qū)分開關(guān)的上下級(jí)供電關(guān)系。當(dāng)某一級(jí)發(fā)生短路時(shí)，本級(jí)保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)發(fā)送保護(hù)閉鎖信號(hào)至上級(jí)保護(hù)裝置，使上級(jí)保護(hù)封閉自身保護(hù)出口，實(shí)現(xiàn)本級(jí)開關(guān)保護(hù)優(yōu)先動(dòng)作；下級(jí)故障解除，收到解除信號(hào)后開放保護(hù)出口；下級(jí)開關(guān)發(fā)生拒動(dòng)時(shí)，上級(jí)保護(hù)超過設(shè)置的保護(hù)延時(shí)后，自動(dòng)解除閉鎖開放保護(hù)出口，實(shí)現(xiàn)跳閘。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行方式自動(dòng)調(diào)整保護(hù)策略，在供電系統(tǒng)由最小運(yùn)行方式改變?yōu)樽畲筮\(yùn)行方式后，無需更改保護(hù)定值，不會(huì)影響越級(jí)跳閘防護(hù)效果。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

XRKJ-600分布式防越級(jí)跳閘保護(hù)器采用分布式區(qū)域保護(hù)，保護(hù)裝置利用本間隔單元和相鄰間隔單元的故障信息(電流越限、故障電流分量方向等)和電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息(開關(guān)狀態(tài)等)，依據(jù)內(nèi)外部故障的信息特征，就地準(zhǔn)確定位故障位置，快速切除故障區(qū)域；保護(hù)器具有測控、保護(hù)、顯示、通訊、故障原因追憶的功能，既可保護(hù)本間隔電氣元件，又可通過信息交互了解自己在整個(gè)供電系統(tǒng)中的位置，提供面向整個(gè)供電系統(tǒng)的保護(hù)，摒棄了只對線不對面的保護(hù)方式，提高了系統(tǒng)整體供電的安全性和可靠性。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 概 況

麻家梁煤礦供電系統(tǒng)由地面變電所、井下中央變電所、東采區(qū)1#變電所、東采區(qū)3#變電所、西采區(qū)1#變電所、西采區(qū)2#變電所、東機(jī)頭大巷變電所及西機(jī)頭大巷變電所構(gòu)成。采用XRKJ-600分布式防越級(jí)跳閘保護(hù)器進(jìn)行供電保護(hù)，根據(jù)上下級(jí)母線編號(hào)構(gòu)成供電系統(tǒng)圖，確定線路開關(guān)所屬關(guān)系，當(dāng)某條線路檢測到保護(hù)啟動(dòng)時(shí)，通過以太網(wǎng)的IEC 61850 GOOSE通訊傳輸信息到閉鎖其上級(jí)線路開關(guān)，在其上級(jí)開關(guān)收到閉鎖信號(hào)后，自身閉鎖保護(hù)，同時(shí)向自身的上級(jí)線路開關(guān)發(fā)送閉鎖保護(hù)信號(hào)，逐級(jí)向上傳輸，傳輸時(shí)間在10～30 ms；在發(fā)送閉鎖信號(hào)的同時(shí)，檢測到保護(hù)啟動(dòng)的開關(guān)準(zhǔn)備保護(hù)動(dòng)作，如果這時(shí)檢測保護(hù)信號(hào)返回，逐級(jí)發(fā)送解鎖保護(hù)信號(hào)。電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)圖見圖1. 防越級(jí)系統(tǒng)測試模擬系統(tǒng)主接線圖見圖2.

圖1 電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)圖

圖2 防越級(jí)系統(tǒng)測試模擬系統(tǒng)主接線圖

變電所間隔名稱閉鎖情況時(shí)間備注東采區(qū)3#變電所中央變電所地面110kV變電站10#3#水泵02#二回進(jìn)線10#02#二回進(jìn)線428下井線至中央變二回進(jìn)線發(fā)短路保護(hù)閉鎖至東采區(qū)3#變02#高開解除至東采區(qū)變02#高開短路保護(hù)閉鎖發(fā)短路保護(hù)閉鎖至中央變10#高開解除至中央變10#高開短路保護(hù)閉鎖接收東采區(qū)3#變電所變08#高開閉鎖接收東采區(qū)3#變電所變08#高開開放發(fā)短路保護(hù)閉鎖至中央變02#高開解除至中央變02#高開短路保護(hù)閉鎖接收東采區(qū)3#變電所變02#高開閉鎖接收東采區(qū)3#變電所變02#高開開放發(fā)短路保護(hù)閉鎖至地面變428開關(guān)解除至地面變428開關(guān)短路保護(hù)閉鎖接收中央變10#高開閉鎖接收中央變10#高開開放接收中央變02#高開閉鎖信號(hào)(XRKJ-600-T簡化裝置閉鎖接點(diǎn)打開,保護(hù)出口被閉鎖),164ms后井下故障消失,裝置閉鎖接點(diǎn)返回,原保護(hù)跳閘回路接通2018年12月24日17時(shí)43分33秒656毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒818毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒656毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒820毫秒2018年12月24日17時(shí)43分17秒656毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒818毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒660毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒825毫秒2018年12月24日17時(shí)43分17秒658毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒820毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒664毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒826毫秒2018年12月24日17時(shí)43分17秒660毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒820毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒660毫秒2018年12月24日17時(shí)43分33秒824毫秒閉鎖相對時(shí)間162ms閉鎖相對時(shí)間164ms被閉鎖相對時(shí)間162ms閉鎖相對時(shí)間164ms被閉鎖相對時(shí)間162ms閉鎖相對時(shí)間162ms被閉鎖相對時(shí)間162ms被閉鎖相對時(shí)間164ms

3.2 防越級(jí)跳閘試驗(yàn)

XRKJ-600分布式防越級(jí)跳閘保護(hù)器投入后，進(jìn)行了越級(jí)跳閘試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，表2. 由表1，2可知，事故發(fā)生后，短路電流達(dá)2 000 A，而東采區(qū)3#變電所8#高開、3#水泵速斷整定值為400 A，東采區(qū)3#變電所02#高開進(jìn)線速斷整定值為800 A，中央變10#高開出線速斷整定值為800 A，中央變02#高開進(jìn)線速斷整定值為1 800 A，該級(jí)聯(lián)供電線路的速斷保護(hù)整定值都小于短路動(dòng)作定值；而東采區(qū)3#變電所02#高開、中央變10#高開、中央變02#高開、428開關(guān)均未跳閘，此時(shí)，系統(tǒng)防越級(jí)跳閘功能啟動(dòng)，只有東采區(qū)3#變電所10#高開短路保護(hù)動(dòng)作，速斷跳閘，本級(jí)變電所高壓開關(guān)柜總控開關(guān)及上一級(jí)變電所高壓開關(guān)柜配出開關(guān)均沒有跳閘。

表2 各級(jí)保護(hù)動(dòng)作情況記錄表

4 結(jié) 語

XRKJ-600防越級(jí)跳閘保護(hù)器考慮了引起越級(jí)跳閘的多種因素，通過保護(hù)設(shè)備間的信息傳輸，就地診斷，準(zhǔn)確定位、可靠性高、故障切除時(shí)間快，實(shí)現(xiàn)了全保護(hù)區(qū)域的越級(jí)跳閘防護(hù)，能夠有效預(yù)防煤礦供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘事故。