煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)的研究

徐東 王明濤 吳琦

兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦 山東菏澤 274000

隨著煤礦井下供電功率的不斷增加，井下電網(wǎng)延伸的長度也在不斷增加，各種用電設(shè)備在啟動時對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊不斷加大，同時由于煤礦井下高塵、高濕的惡劣環(huán)境，供電網(wǎng)絡(luò)極易發(fā)生短路事故。煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于其特殊性，各支路導(dǎo)線長度相差不多，當(dāng)下級支路發(fā)生短路時，支路末端處的短路電流和支路端部的短路電流基本一致，使系統(tǒng)難以進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和攔截，因此電網(wǎng)系統(tǒng)上級電路快速啟動越級跳閘，導(dǎo)致大范圍停電事故，給井下生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重安全隱患。

1 防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)工作原理

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展及光纖通訊設(shè)備成本有所降低，選取光纖作為信號傳輸媒介成為繼電保護(hù)的首選方法。光纖通信和輸電線之間并無直接關(guān)聯(lián)，具有抗電磁干擾、可靠性好、施工方便等優(yōu)勢，在一定程度上減少用戶投資成本。該系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)化拓?fù)渌惴?，通過開關(guān)之間自主交換故障信息協(xié)商方法，自主判定故障所處區(qū)段，順利完成全網(wǎng)零秒速斷，從而實(shí)現(xiàn)防越級跳閘的效果[1]。與此同時，該系統(tǒng)支持母差保護(hù)、零延時智能后背保護(hù)等功能，系統(tǒng)依托安裝的ZBT-11C級聯(lián)縱差保護(hù)器構(gòu)建專用的信息網(wǎng)迅速完成信息交換，以此準(zhǔn)確判定故障所處區(qū)段，確?？梢匝杆偾袛嗑嚯x故障點(diǎn)最近的故障開關(guān)，且支持迅速將母線故障切除。該系統(tǒng)保護(hù)主機(jī)順利實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸及大容量計(jì)算，并把井下漏電保護(hù)需要的零序電壓、電流數(shù)據(jù)傳送到地面集成保護(hù)測控裝置，便于實(shí)現(xiàn)電流漏電保護(hù)及電流保護(hù)計(jì)算，也有利于完成其他漏電保護(hù)計(jì)算[1]。

2 煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘事故原因

（1）短路引起越級跳閘。干線式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是現(xiàn)階段使用最為廣泛的煤礦供電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是由長度為300-3000m的短電纜組成，并且具有較小的電阻。所以在發(fā)生短路時，短路電流值通常比較高，造成保護(hù)裝置發(fā)生故障，進(jìn)而引發(fā)越級跳閘。

（2）漏電引起越級跳閘。由于在煤礦下環(huán)境比較復(fù)雜，主要表現(xiàn)為瓦斯問題，當(dāng)存在漏電時，往往導(dǎo)致瓦斯爆炸，因此可把跳閘時間取值為0.5s?？墒菍τ诟邏弘娎|而言，往往出現(xiàn)單相接地故障問題，主要是由于每一級電流大小和方向存在差異性，其主要受到電纜長度以及相應(yīng)的運(yùn)行方式的制約，因此不能使用傳統(tǒng)的檢測方式找到漏電電流的大小和方向，在這樣的情況下就會發(fā)生超級跳閘現(xiàn)象，從而可防止出現(xiàn)事故，給工人的人身安全帶來保障[2]。

3 煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

3.1 分站集中控制方式

當(dāng)井下某處發(fā)生短路故障時，首先所有檢測到故障信息的開關(guān)將該信息傳送給分站，然后由分站根據(jù)預(yù)置的供電網(wǎng)絡(luò)關(guān)系識別距離故障點(diǎn)最近的開關(guān)，最后分站通知離故障點(diǎn)最近的開關(guān)跳閘。該方式對通信系統(tǒng)的可靠性要求較高，一旦通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，容易因故障點(diǎn)識別錯誤而引發(fā)開關(guān)誤動，或者因分閘命令無法可靠傳輸而引發(fā)拒動，進(jìn)而造成更上級開關(guān)跳閘，導(dǎo)致大面積停電。另外，作為中樞系統(tǒng)，分站扮演著整個網(wǎng)絡(luò)的故障點(diǎn)識別和分閘決策的重要角色，但也是整個系統(tǒng)可靠運(yùn)行最薄弱的環(huán)節(jié)，風(fēng)險高度集中[3]。

3.2 借助接點(diǎn)閉鎖，實(shí)現(xiàn)防越級跳閘

當(dāng)煤礦井下出現(xiàn)短路現(xiàn)象，同一電源線上的各級保護(hù)裝置也分別開啟，本級開啟的同時下級保護(hù)利用繼電器接點(diǎn)，這時可以向上級保護(hù)輸送閉鎖信號，閉鎖上級保護(hù)，這樣就不會發(fā)生相應(yīng)的動作。在邏輯層面，接點(diǎn)閉鎖防越級跳閘，非常簡練。通常借助逐級閉鎖，能夠發(fā)揮瞬時速斷以及相應(yīng)的保護(hù)選擇性的作用，從而滿足防越級跳閘的目的。它的缺點(diǎn)：

（1）由于在煤礦內(nèi)存在比較復(fù)雜的電磁現(xiàn)象，而且繼電器節(jié)點(diǎn)位置可靠性不佳，此外，閉鎖回路的接線比較復(fù)雜，這樣降低了傳輸?shù)男省?/p>

（2）做好保護(hù)判別失效，產(chǎn)生的越級跳閘情況。

（3）在適應(yīng)性方面表現(xiàn)不理想，與此同時，后期維護(hù)的費(fèi)用過高。

3.3 加強(qiáng)對最新網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用

基于網(wǎng)絡(luò)智能全線的防越級短路保護(hù)，尤其是在涉及各個分支線路防越級短路保護(hù)方面的應(yīng)用，具備設(shè)置簡單、可靠性水平高，靈敏性高等特點(diǎn)，并且實(shí)施起來較為容易，在保護(hù)器方面采用具有網(wǎng)絡(luò)智能功能的繼電保護(hù)技術(shù)的保護(hù)器即可，不需要另外加設(shè)通信線路，以及專門的防越保護(hù)監(jiān)測裝置。網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)，結(jié)合其特有的實(shí)時通信功能，提升了繼電保護(hù)功能，尤其是在獨(dú)立監(jiān)測與繼電保護(hù)方面，突破傳統(tǒng)技術(shù)的限制，在發(fā)生短路故障時，在實(shí)時通信技術(shù)作用下，與故障相關(guān)的保護(hù)器能夠通過及時的信息交換形成一個整體，對故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，綜合分析，進(jìn)而選擇合理的保護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)智能化保護(hù)，確保防越級跳閘保護(hù)的可靠性，有效解決了分段級延時過長導(dǎo)致的短路跳閘問題，以及克服了縱差保護(hù)僅能實(shí)現(xiàn)分段保護(hù)的短板，實(shí)現(xiàn)了電路全網(wǎng)絡(luò)實(shí)時速斷保護(hù)。

4 結(jié)語

為了提高煤礦井下供電系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)越級跳閘事故，提出了一種新的采用了縱向差動保護(hù)原理的煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)方案，并對該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：該保護(hù)系統(tǒng)采用了數(shù)字處理器技術(shù)，同時將工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和CAN現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)煤礦井下供電系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)供電系統(tǒng)的有效保護(hù)，具有穩(wěn)定性高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。