一種礦井供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘試驗(yàn)方法

牛垚賓

（晉煤太鋼公司三交一號(hào)礦井，山西呂梁 033000）

0 引言

目前，我國煤礦業(yè)隨著工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)較大的提升，而相應(yīng)的井上、井下供電系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。由于礦井設(shè)置有多個(gè)采區(qū)，不同的采區(qū)設(shè)置有相應(yīng)的供電系統(tǒng)。由此可以看出，供電設(shè)備不斷增多，供電距離也越來越大。從上述特點(diǎn)來看，開關(guān)越級(jí)跳閘事故是煤礦供電系統(tǒng)中顯著的現(xiàn)象，造成區(qū)域較多的停電事故，從而給煤礦作業(yè)帶來不便及安全事故[1]。越級(jí)跳閘產(chǎn)生的主要原因如下。

（1）當(dāng)前井下供電系統(tǒng)裝配的設(shè)置大都是半數(shù)字以及半模擬的保護(hù)器，往往出現(xiàn)定值漂移現(xiàn)象，從而帶來一定的保護(hù)誤差。與此同時(shí)保護(hù)的精度比較差，不能實(shí)現(xiàn)定值的連續(xù)變化，不能進(jìn)行上下級(jí)保護(hù)配合。

（2）在進(jìn)行保護(hù)的過程中，并沒有有效地解決低壓問題，這樣會(huì)使得電壓波動(dòng)，最終導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)大面積的停電。

在煤礦生產(chǎn)過程中，煤礦井下越級(jí)跳閘問題始終存在?，F(xiàn)在，煤礦主要使用上級(jí)開關(guān)短路速斷保護(hù)設(shè)置延時(shí)，時(shí)間為10～200 ms。當(dāng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，下級(jí)開關(guān)短路速斷保護(hù)開始工作，這樣可以使得下級(jí)開關(guān)先動(dòng)作[2]?？墒怯捎诓煌拈_關(guān)機(jī)構(gòu)之間存在一定的差異性，因此相應(yīng)的靈敏度也存在差異，這樣使得下級(jí)開關(guān)的優(yōu)先性是否高于上級(jí)，存在一定的爭議。因此本研究用模擬的試驗(yàn)方法對(duì)防越級(jí)設(shè)置進(jìn)行驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)方案

為了對(duì)四級(jí)電路進(jìn)行模擬，本實(shí)驗(yàn)采用6套高爆開關(guān)保護(hù)器。其中第一級(jí)與第二級(jí)都設(shè)置1個(gè)開關(guān)，對(duì)上級(jí)變電所總開與分開進(jìn)行模擬。第三級(jí)以及對(duì)應(yīng)的第四級(jí)對(duì)下級(jí)變電所總開與分開進(jìn)行模擬，其中第三級(jí)設(shè)置1臺(tái)開關(guān)，主要對(duì)下級(jí)變電所總開實(shí)現(xiàn)模擬，而第四級(jí)設(shè)置有3臺(tái)開關(guān)，主要用來模擬1條母線上的3個(gè)分開[1]，如圖1所示。

1.1 測(cè)試方法

（1）當(dāng)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)退出之后，對(duì)末級(jí)開關(guān)短路以及各級(jí)開關(guān)的跳閘現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試。

（2）對(duì)4級(jí)開關(guān)下級(jí)短路時(shí)進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)作情況。

（3）在對(duì)3級(jí)開關(guān)以及4級(jí)開關(guān)出現(xiàn)短路的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，觀測(cè)系統(tǒng)動(dòng)作以及相應(yīng)的值。

（4）在對(duì)2級(jí)開關(guān)以及3級(jí)開關(guān)出現(xiàn)短路的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，觀測(cè)系統(tǒng)動(dòng)作以及相應(yīng)的值。

（5）在對(duì)1級(jí)開關(guān)以及2級(jí)開關(guān)出現(xiàn)短路的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，觀測(cè)系統(tǒng)動(dòng)作以及相應(yīng)的值。

圖1 實(shí)際模擬試驗(yàn)方案示意圖

1.2 試驗(yàn)步驟

（1）在實(shí)驗(yàn)時(shí)，所采用的電路圖按照如圖2所示連接。其中，主接觸器J能夠給大電流發(fā)生器供應(yīng)電能，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)器保護(hù)接點(diǎn)能夠切斷發(fā)生器的電源，這樣可以有效地切斷大電流。J1表示中間繼電器，起到保護(hù)節(jié)點(diǎn)控制的作用；J2表示中間繼電器，起到繼電保護(hù)測(cè)試裝置測(cè)A以及N的接點(diǎn)控制，其中J2節(jié)點(diǎn)能夠?qū)Υ箅娏鞯陌l(fā)生器啟動(dòng)進(jìn)行保護(hù)[2]。

圖2 具體試驗(yàn)線路示意圖

（2）整定保護(hù)定值。1號(hào)保護(hù)器速斷對(duì)應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為2 400，而對(duì)應(yīng)的速斷延時(shí)設(shè)定為0 s；2號(hào)保護(hù)器速斷對(duì)應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為2 000，而對(duì)應(yīng)的速斷延時(shí)設(shè)定為0 s；3號(hào)保護(hù)器速斷對(duì)應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為1 600，而對(duì)應(yīng)的速斷延時(shí)設(shè)定為0 s；4號(hào)保護(hù)器速斷對(duì)應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為1 200，而對(duì)應(yīng)的速斷延時(shí)設(shè)定為0 s；5號(hào)保護(hù)器速斷對(duì)應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為1 200，而對(duì)應(yīng)的速斷延時(shí)設(shè)定為0 s。

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果

（1）對(duì)各級(jí)開關(guān)短路跳閘進(jìn)行測(cè)試。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，流過大電流發(fā)生器的電流設(shè)定為2 600 A，與此同時(shí)把繼保測(cè)試裝置設(shè)置的b、n接點(diǎn)任意連接到6臺(tái)保護(hù)器的接點(diǎn)。操作繼保測(cè)試設(shè)備通過A、N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時(shí)J2動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時(shí)繼保測(cè)試設(shè)備開始計(jì)數(shù)，這時(shí)6臺(tái)保護(hù)器能夠?qū)Υ箅娏鞯妮敵鲂盘?hào)進(jìn)行檢測(cè)，但出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測(cè)試設(shè)備發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令[3]。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)保護(hù)器動(dòng)作時(shí)間為80 ms，每臺(tái)保護(hù)器都實(shí)現(xiàn)了報(bào)警速斷；當(dāng)速斷0 s延時(shí)的狀態(tài)下，保護(hù)器相應(yīng)的固有動(dòng)作大致為：30 ms，而接觸器J的動(dòng)作時(shí)間大致為10 ms，相應(yīng)的J1以及J2對(duì)應(yīng)的中間繼電器的動(dòng)作時(shí)間大致為7 ms；在這個(gè)過程中，發(fā)生器電流從0 A迅速上升到2 600 A，所需要的時(shí)間僅為30 ms。

（2）對(duì)4個(gè)級(jí)別開關(guān)下級(jí)電路的短路以及系統(tǒng)的動(dòng)作情況進(jìn)行測(cè)試。把5號(hào)開關(guān)以及6號(hào)開關(guān)的電流互感器設(shè)置為短路，并且檢測(cè)電流值為0 A[4]。

把繼保測(cè)試裝置對(duì)應(yīng)的開關(guān)輸入端和4級(jí)4號(hào)開關(guān)的保護(hù)接點(diǎn)進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號(hào)開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。操作繼保測(cè)試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時(shí)J2動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時(shí)4個(gè)保護(hù)器能夠同時(shí)對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級(jí)跳閘功能，那么相應(yīng)的4級(jí)4號(hào)保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測(cè)試設(shè)備發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令[5]。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，僅4級(jí)4號(hào)開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)跳閘報(bào)速斷事件，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間大致為80 ms，1、2、3號(hào)開關(guān)并沒有任何動(dòng)作，5以及6號(hào)開關(guān)報(bào)失壓跳閘。

（3）對(duì)3級(jí)開關(guān)和4級(jí)開關(guān)之間出現(xiàn)短路的情況進(jìn)行測(cè)試。假如該環(huán)節(jié)保護(hù)正常并且存在防越級(jí)功能。把4級(jí)保護(hù)系統(tǒng)中的4、5、6號(hào)電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測(cè)試裝置對(duì)應(yīng)的開關(guān)輸入端和3級(jí)3號(hào)開關(guān)的保護(hù)接點(diǎn)進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號(hào)開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。操作繼保測(cè)試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時(shí)J2動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時(shí)4個(gè)保護(hù)器能夠同時(shí)對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級(jí)跳閘功能，那么相應(yīng)的3級(jí)3號(hào)保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測(cè)試設(shè)備發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令[6]。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，僅4級(jí)4號(hào)開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)跳閘報(bào)速斷事件，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間大致為80 ms，1、2號(hào)開關(guān)并沒有任何動(dòng)作，4、5、6號(hào)出現(xiàn)開關(guān)報(bào)失壓跳閘現(xiàn)象。

（4）對(duì)2級(jí)開關(guān)和3級(jí)開關(guān)之間出現(xiàn)短路的情況進(jìn)行測(cè)試。假如該環(huán)節(jié)保護(hù)正常并且存在防越級(jí)功能。把3級(jí)的3號(hào)保護(hù)、4級(jí)的4、5、6號(hào)電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測(cè)試裝置對(duì)應(yīng)的開關(guān)輸入端和2級(jí)2號(hào)開關(guān)的保護(hù)接點(diǎn)進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號(hào)開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。操作繼保測(cè)試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時(shí)J2動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，從而使大電流發(fā)生器工作。與此同時(shí)1～2級(jí)保護(hù)器能夠同時(shí)對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級(jí)跳閘功能，那么相應(yīng)的2級(jí)2號(hào)保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測(cè)試設(shè)備發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，1～2級(jí)開關(guān)中只有2級(jí)2號(hào)開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)跳閘報(bào)速斷事件，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間大致為80 ms，1號(hào)開關(guān)并沒有任何動(dòng)作，3、4、5、6號(hào)出現(xiàn)開關(guān)報(bào)失壓跳閘現(xiàn)象[7]。

（5）對(duì)1級(jí)開關(guān)和2級(jí)開關(guān)之間出現(xiàn)短路的情況進(jìn)行測(cè)試。假如該環(huán)節(jié)保護(hù)正常并且存在防越級(jí)功能。把2級(jí)的2號(hào)保護(hù)、4級(jí)的4，5，6號(hào)電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測(cè)試裝置對(duì)應(yīng)的開關(guān)輸入端和1級(jí)1號(hào)開關(guān)的保護(hù)接點(diǎn)進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號(hào)開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。操作繼保測(cè)試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時(shí)J2動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時(shí)1級(jí)保護(hù)器級(jí)保護(hù)器能夠同時(shí)對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級(jí)跳閘功能，那么相應(yīng)的2級(jí)2號(hào)保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測(cè)試設(shè)備發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令。

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，僅有1級(jí)1開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)跳閘報(bào)速斷事件，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間大致為80 ms，1號(hào)開關(guān)并沒有任何動(dòng)作，2、3、4、5、6號(hào)出現(xiàn)開關(guān)報(bào)失壓跳閘現(xiàn)象[8]。

3 結(jié)束語

本文通過模擬礦井突發(fā)供電事故時(shí)，越級(jí)跳閘現(xiàn)象是否發(fā)生，進(jìn)而來檢驗(yàn)了礦井防越級(jí)跳閘措施的可靠性。分析了試驗(yàn)過程與結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明：該種試驗(yàn)方法具有較高的準(zhǔn)確性與可靠性，應(yīng)用該方法能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)礦井供電系統(tǒng)存在的越級(jí)跳閘隱患，可為越級(jí)跳閘故障的防范提供參考。總之，借助該種試驗(yàn)方法有助于進(jìn)一步提高礦井供電系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性、可靠性，此種試驗(yàn)方法后期指定推廣與應(yīng)用。