網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)在井下供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘中的應(yīng)用

李炎明

(汾西礦業(yè)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300)

供電是礦井通風(fēng)、掘機(jī)等工作得以開(kāi)展的基礎(chǔ)，若礦井供電環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致礦井生產(chǎn)停滯。礦井供電過(guò)程中越級(jí)跳閘是導(dǎo)致礦井大面積停電的重要原因[1]。礦井供電系統(tǒng)屬于企業(yè)內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域變電所多、高壓設(shè)備直接接入供電網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)機(jī)電設(shè)備功率大啟動(dòng)頻繁，采用的電力開(kāi)關(guān)成套使用，未能形成相對(duì)獨(dú)立的控制電源[2～3]。礦井井下供電直接使用地面供電技術(shù)，未針對(duì)礦井井下供電環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性研究，造成礦井在供電方面存在諸多的問(wèn)題，其中越級(jí)跳閘就是礦井供電事故中的突出問(wèn)題[4～5]。因此，文中以山西某礦井下供電系統(tǒng)為研究背景，將網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用到礦井防越級(jí)跳閘中，取得顯著應(yīng)用成果。

1 礦井供電防越級(jí)保護(hù)存在問(wèn)題分析

礦井防越級(jí)跳閘保護(hù)原采用過(guò)流值以及延時(shí)逐級(jí)保護(hù)方式避免供電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)越級(jí)跳閘。由于礦井井下供電線路較短，當(dāng)井下供電網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)過(guò)流故障時(shí)，故障點(diǎn)電流值與線路端電流值接近，采用過(guò)流定值方法以及延時(shí)逐級(jí)保護(hù)方法難以準(zhǔn)確判定故障點(diǎn)發(fā)生位置，采用現(xiàn)有的方法難以有效避免供電線路出現(xiàn)越級(jí)跳閘。礦井西翼變電所進(jìn)線保護(hù)開(kāi)關(guān)及二采區(qū)變電所進(jìn)線保護(hù)開(kāi)關(guān)采用串聯(lián)連接方式，當(dāng)二采區(qū)變電所負(fù)載端出現(xiàn)短路時(shí)由于越級(jí)跳閘保護(hù)效果差，會(huì)導(dǎo)致二采區(qū)變電所跳閘，從而影響二采區(qū)內(nèi)所有設(shè)備供電。

2 網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)技術(shù)即為在礦井供電網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建雙向監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將供電網(wǎng)絡(luò)各級(jí)保護(hù)裝置聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、協(xié)同保護(hù)，同時(shí)將供電網(wǎng)絡(luò)中各故障信息傳輸至監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障比對(duì)，從而判定供電網(wǎng)絡(luò)中的故障發(fā)生點(diǎn)位置，由保護(hù)裝置對(duì)故障發(fā)生位置、應(yīng)采取的保護(hù)方式做出判斷，從而實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)保護(hù)。一個(gè)保護(hù)裝置出現(xiàn)故障后上一級(jí)保護(hù)裝置可以自動(dòng)代替其進(jìn)行保護(hù)。這種保護(hù)方式可以與鄰近的供電線路保護(hù)裝置在參數(shù)設(shè)定上互相配合，實(shí)現(xiàn)全線供電保護(hù)迅速動(dòng)作。在供電網(wǎng)絡(luò)中的保護(hù)裝置依據(jù)接收到的供電故障信息及地質(zhì)編碼，自動(dòng)調(diào)整保護(hù)參數(shù)，從而快速對(duì)故障位置、線路進(jìn)行判定，有選擇性的切除供電線路，確保其他供電線路正常供電，給礦井供電安全帶來(lái)影響。

具體網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1，通過(guò)供電監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的保護(hù)器信息共享，每個(gè)保護(hù)器根據(jù)自己位置以及接收到的故障信息選擇采用后備保護(hù)或者速斷保護(hù)方式，切斷故障線路，防止出現(xiàn)越級(jí)跳閘，確保非故障區(qū)域內(nèi)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)短路過(guò)流時(shí)，線路上的保護(hù)裝置根據(jù)接收到的故障信息判定故障點(diǎn)位置，并根據(jù)保護(hù)器與故障點(diǎn)位置關(guān)系自動(dòng)采取沿線保護(hù)方式，其他非相關(guān)的保護(hù)器不動(dòng)作，避免出現(xiàn)越級(jí)跳閘，當(dāng)保護(hù)器或者開(kāi)關(guān)自身出現(xiàn)故障不動(dòng)作時(shí)，后一級(jí)保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)保護(hù)。

采用網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)僅需要判定故障是否發(fā)生、故障類型即可做出保護(hù)快速反應(yīng)，具有速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)整定也較為簡(jiǎn)單。

采用網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)時(shí)傳輸信息量較少、占用的傳輸網(wǎng)絡(luò)資源少、反應(yīng)速度快，采用礦井現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線方式即可滿足井下供電電網(wǎng)防越級(jí)跳閘需要。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

山西某礦將網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)在井下中央變電所至西翼采區(qū)變電所上的10kV供電網(wǎng)絡(luò)6級(jí)保護(hù)開(kāi)關(guān)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中用地表35kV變電站作為測(cè)試電源，地表35kV變電站與井下中央變電所采用10kV母線段連接，整個(gè)測(cè)試點(diǎn)共有中央變電所、二采區(qū)變電所、西翼變電所，共有7級(jí)保護(hù)開(kāi)關(guān)的10kV供電線路參與到網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)測(cè)試中，具體的供電網(wǎng)絡(luò)線路布置見(jiàn)圖2。

圖1 網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)

圖2 供電網(wǎng)絡(luò)線路布置

3.2 測(cè)試方案

將10kV下井供電線路中的15#開(kāi)關(guān)、中央變電所內(nèi)的所有進(jìn)線開(kāi)關(guān)、饋電保護(hù)開(kāi)關(guān)，二采區(qū)變電所內(nèi)的所有饋電開(kāi)關(guān)、進(jìn)線開(kāi)關(guān)，西翼變電所中的饋電開(kāi)關(guān)、保護(hù)開(kāi)關(guān)等共計(jì)7臺(tái)保護(hù)開(kāi)關(guān)構(gòu)成實(shí)現(xiàn)線路中的保護(hù)裝置。在供電線路沿線開(kāi)關(guān)采用網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)。在西翼變電所I-2備用開(kāi)關(guān)負(fù)載側(cè)將A、C兩相人為短路，從而判定直接控制I-2備用開(kāi)關(guān)的保護(hù)裝置能夠及時(shí)、可靠動(dòng)作，上一級(jí)保護(hù)開(kāi)關(guān)在無(wú)逐級(jí)延遲保護(hù)時(shí)是否出現(xiàn)越級(jí)跳閘情況。

3.3 測(cè)試結(jié)果

在測(cè)試線路上設(shè)定的短路電流值高于測(cè)試線路保護(hù)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作整定值，短路開(kāi)關(guān)，即西翼變電所I-2備用開(kāi)關(guān)可以迅速跳閘，切斷故障供電線路。I-2備用開(kāi)關(guān)同級(jí)及上級(jí)保護(hù)開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)短路故障，未參保護(hù)。測(cè)試的供電線路上保護(hù)開(kāi)關(guān)均是按照預(yù)先設(shè)定的繼電保護(hù)規(guī)程運(yùn)行，將網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)應(yīng)用到測(cè)試供電網(wǎng)絡(luò)中2a以來(lái)，網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)可以可靠的對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，未發(fā)生一例越級(jí)跳閘問(wèn)題。

4 總結(jié)

將網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)應(yīng)用到礦井供電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)中，地面監(jiān)控中心可以對(duì)井下供電網(wǎng)絡(luò)中的供電設(shè)備監(jiān)控管理。在礦井投入使用2a以來(lái)，礦井供電系統(tǒng)未再發(fā)生越級(jí)跳閘問(wèn)題，有效提升礦井供電質(zhì)量，表明采用網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)可以有效避免礦井供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘。