煤礦供電系統(tǒng)中越級跳閘問題研究

王太民

摘 要 煤礦井下供電系統(tǒng)線路保護(hù)普遍面臨通信能力差、保護(hù)器功能不全、漏電保護(hù)無法實現(xiàn)比較、失壓保護(hù)零時延以及速斷過流保護(hù)定值無法整定等問題，導(dǎo)致井下供電出現(xiàn)短路、過流等故障，尤其是廣泛存在的越級跳閘，對井下供電系統(tǒng)安全運行造成威脅。由于煤礦供電系統(tǒng)復(fù)雜一旦發(fā)生越級跳閘事故，會導(dǎo)致大面積停電，嚴(yán)重危及人身安全。本文根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)特點，分析和總結(jié)了造成短路越級跳閘的原因，提出了利用智能變電站區(qū)域集控技術(shù)防止越級跳閘的方案，經(jīng)過在煤礦的實際應(yīng)用，效果良好。

關(guān)鍵詞 供電系統(tǒng)；越級跳閘；區(qū)域集控

引言

由于煤礦井下供電系統(tǒng)部分線路過短，允許保護(hù)時限比較短，整定過流速斷保護(hù)比較困難，當(dāng)出現(xiàn)過流現(xiàn)象時，經(jīng)常出現(xiàn)越級跳閘的問題。因此，某煤業(yè)采用故障區(qū)段矩陣判別算法，并將該算法與智能變電站區(qū)域集控技術(shù)相結(jié)合，使得變電站具備智能故障識別和隔離的功能，從而在根本上解決煤礦越級跳閘的問題。

1 越級跳閘原因分析

1.1 失壓保護(hù)零時延

保護(hù)器的失壓保護(hù)動作時延不能整定，工作面大功率設(shè)備重載啟動時，會造成母線電壓瞬間降低，導(dǎo)致越級跳閘或大范圍跳閘。同時，饋線在距離母線很近的地方發(fā)生短路會導(dǎo)致母線電壓短時失壓，會使得該段母線上的開關(guān)欠壓脫扣跳閘引起越級。

1.2 速斷過流保護(hù)定值無法整定

由于供電距離遠(yuǎn)且線路短，存在三端或多端線路，無時間級差，無最小保護(hù)范圍，線路保護(hù)定值難以制定。同時井下環(huán)境特殊，存在多級采區(qū)變電站級聯(lián)，無法通過增加時間級差實現(xiàn)線路的整定配合，線路極易發(fā)生越級跳閘，對煤礦的安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

1.3 上、下級繼電保護(hù)開關(guān)裝置不配合

繼電保護(hù)裝置短路保護(hù)時間小于200ms，當(dāng)前設(shè)備與井下的高壓防爆開關(guān)無法有效配合，隨著供電線路的延長，整定值逐級降低，降低到一定程度后，會造成開關(guān)動作關(guān)閉，導(dǎo)致越級跳閘故障。

1.4 漏電保護(hù)裝置的可選擇性差

①煤礦供電系統(tǒng)電網(wǎng)內(nèi)存在諧波，對保護(hù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響；②零序電流互感器的特性存在差異，檢測到奇異信號、強(qiáng)烈信號或微弱信號時，易出現(xiàn)失真，使得故障信號識別率降低；③接地方法不夠簡潔，一般采用瞬時性接地和穩(wěn)定性接地，其中又包括電弧性接地和直接接地，導(dǎo)致故障信號復(fù)雜；④電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中線路的距離、電網(wǎng)的補(bǔ)償程度以及系統(tǒng)的平衡度與保護(hù)都密不可分[1]。

2 防越級跳閘的原理及實現(xiàn)方式

2.1 基本原理

在煤礦各高壓開關(guān)中配備級聯(lián)縱差微機(jī)綜合保護(hù)裝置，利用光纖連接上級至下級變電所的進(jìn)線開關(guān)，交換上下級間的故障信息，利用上下級開關(guān)協(xié)商的方式分析故障范圍，最終能夠根據(jù)就近原則將故障點切斷，避免該類故障的發(fā)生。

2.2 實現(xiàn)方式

采用光纖數(shù)字縱聯(lián)差動保護(hù)裝置，在高壓真空配電裝置中采用光纖。該保護(hù)裝置主要用來檢測全網(wǎng)的動態(tài)情況，利用上下級開關(guān)協(xié)商的方法進(jìn)行判斷，可以準(zhǔn)確判斷問題所在，迅速切除。用A1+、A1-、A2+、A2-表示上下級變電所之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，它們配備的保護(hù)裝置均具有差動保護(hù)功能。見圖1。

①假設(shè)高壓電纜L1段出現(xiàn)短路故障，其本級高開A1+保護(hù)測到短路電流，而A1-高開保護(hù)處未測到短路電流，兩高開之間的電流差就是短路電流，兩高開保護(hù)中的差動保護(hù)功能都啟動，L1兩端的A1+與A1-保護(hù)動作于跳閘，將故障切除。②假設(shè)L2段出現(xiàn)短路故障，其本級高開A2+的保護(hù)測到短路電流，A1+、A1-保護(hù)測到短路電流，A2-保護(hù)沒有測得。所以，A1+、A1-測的電流差是0，按照相關(guān)原理A1+、A1-差動保護(hù)不啟動，開關(guān)不跳閘，而L2兩端的A2+、A2-測得的數(shù)值就是短路電流，兩高開保護(hù)中的差動保護(hù)功能都啟動，動作于跳閘，將故障切除。③假設(shè)L3段出現(xiàn)短路故障，高開A3、A2+、A2-、A1+、A1-都測到了短路電流。A1+、A1-的電流差是0，A2+、A2-的電流差是0，級聯(lián)縱差保護(hù)都不啟動。啟動A3短路保護(hù)功能，L3的短路電流到達(dá)其定值，A3短路保護(hù)動作于跳閘，將故障切除。④假設(shè)L4段出現(xiàn)短路故障，高開A4、A1+、A1-都測到短路電流。A1+、A1-的電流差是0，級聯(lián)縱差保護(hù)不動作。高開A4短路保護(hù)啟動，L4的短路電流到達(dá)其定限值，A4短路保護(hù)動作，跳閘，故障切除[2]。

3 防越級跳閘技術(shù)分析

4 結(jié)束語

生產(chǎn)中，煤礦井下經(jīng)常會發(fā)生電氣故障。為避免大規(guī)模停電引起越級跳閘問題，構(gòu)建防越級跳閘系統(tǒng)過程中，必須要保證其傳輸效率，方便后期升級。此外，一定要可以實時監(jiān)控保護(hù)動作行為信息。

參考文獻(xiàn)

[1] 張素萍，龍衛(wèi)新，潘社輝.煤礦防止短路越級跳閘技術(shù)研究[J].山東煤炭科技，2017，（10）：114-115，117.

[2] 王建文.煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘的應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2017，

（10）：123-124.