礦井越級(jí)跳閘的原因及保護(hù)安裝注意事項(xiàng)分析

胡世珂，彭 宇

（西山煤電電力公司，太原 030053）

0 引言

供電系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，隨著采煤工作面向下延伸，礦井供電距離延長，供電級(jí)數(shù)多，關(guān)系復(fù)雜，繼電保護(hù)定值計(jì)算難度大，越級(jí)跳閘現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，威脅礦井安全生產(chǎn)[1]。因此，分析越級(jí)跳閘發(fā)生的原因顯得尤為重要。目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有一些針對(duì)越級(jí)跳閘事故的應(yīng)對(duì)辦法和先進(jìn)設(shè)備，也起到了一定的保護(hù)效果，但是防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置在安裝過程中，一些細(xì)節(jié)性的問題往往遭到忽略，如果不去避免，防越級(jí)跳閘系統(tǒng)在安裝使用后會(huì)逐漸暴露一些如信號(hào)采集、定值設(shè)定、產(chǎn)品壽命等方面的問題，這些微小的問題甚至?xí)糯笤斐煞涝郊?jí)跳閘系統(tǒng)失效乃至引發(fā)供電事故，所以安裝防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的過程值得引起重視。本文對(duì)越級(jí)跳閘原因進(jìn)行分析，介紹目前煤礦防越級(jí)跳閘的一些解決方案，并且就防越級(jí)跳閘系統(tǒng)在施工現(xiàn)場(chǎng)施工過程中的注意事項(xiàng)做出一些總結(jié)和建議。

1 越級(jí)跳閘原因分析

越級(jí)跳閘原因如下。

（1）保護(hù)定值整定方法不合理。在設(shè)置短路、斷路保護(hù)時(shí)，發(fā)生短路后沿線保護(hù)均啟動(dòng)，因?yàn)樗贁啾Ｗo(hù)定值按躲過最大負(fù)荷電流整定，比按短路電流整定得到的值要小得多。

（2）尖壓脫扣保護(hù)導(dǎo)致越級(jí)跳閘。井下高壓隔爆開關(guān)失壓保護(hù)分為2級(jí)，一級(jí)是保護(hù)裝置帶的，一般可整定；一級(jí)是開關(guān)帶的失壓脫扣線圈，動(dòng)作值及時(shí)間不可整定。饋線距離母線很近的地方發(fā)生短路故障時(shí)母線電壓短時(shí)失壓，該段母線上其他開關(guān)的失壓保護(hù)誤動(dòng)作導(dǎo)致“越級(jí)跳閘”[2]。

（3）電力系統(tǒng)規(guī)程建議在靈敏度小于1的情況下不適宜裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但煤炭規(guī)程規(guī)定井下必須裝設(shè)速斷保護(hù)[3]。短線路短路電流的變化平緩，始末兩端短路電流的差值不大，保護(hù)定值難以區(qū)分，無法保證繼電保護(hù)的選擇性。如果按躲過線路末端最大短路電流整定，造成線路在最小運(yùn)行方式下有保護(hù)范圍，而在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，由于礦井上下級(jí)系統(tǒng)信息相對(duì)孤立，僅僅依靠保護(hù)自身設(shè)定的電流值與動(dòng)作時(shí)限配合，極易發(fā)生越級(jí)跳閘[4]。

2 越級(jí)跳閘常見解決方案

煤礦供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的常見解決方案有電氣閉鎖防越級(jí)跳閘方式；分站集中控制的防越級(jí)跳閘技術(shù)；基于全網(wǎng)數(shù)據(jù)共享的數(shù)字化變電站防越級(jí)跳閘技術(shù)；基于縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的防越級(jí)跳閘技術(shù)[5]。

目前，煤礦供電網(wǎng)絡(luò)比較常用同時(shí)也比較可靠的防越級(jí)跳閘保護(hù)方式為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置作為短距離線路的主保護(hù)，通過將輸電線兩端的保護(hù)裝置連接起來，將線路兩端電氣量傳輸?shù)綄?duì)方，通過比較電氣量，判斷故障發(fā)生的位置是否在本線路內(nèi)，從而決定是否切斷被保護(hù)線路[6]。目前普遍推廣使用的是OPGW光纖復(fù)合架空地線來實(shí)現(xiàn)線路兩端通信功能。在礦井發(fā)生供電網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，能第一時(shí)間切斷接近故障點(diǎn)線路的開關(guān)，可解決因短路、漏電引發(fā)的多級(jí)開關(guān)越級(jí)跳閘造成井下大面積停電問題，維護(hù)了礦井供電的穩(wěn)定性、安全性，對(duì)實(shí)現(xiàn)“堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)”是一種可靠的支撐。

3 防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)安裝建議

防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置的安裝總體思路就是二次系統(tǒng)各部位相對(duì)獨(dú)立。

3.1 互感器繞組

大多數(shù)10 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，使用的電流互感器為雙繞組，安裝在A、C兩相，計(jì)量、測(cè)量、保護(hù)信號(hào)均采集自互感器這兩個(gè)繞組，為了保障防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置與現(xiàn)出線保護(hù)裝置互不影響，相對(duì)獨(dú)立，防越級(jí)跳閘保護(hù)的采集信號(hào)應(yīng)取自互感器的第三個(gè)繞組，這樣不僅能使不同功能的負(fù)荷分開，互不影響，還增大了二次負(fù)載容量，保障了測(cè)量精度，所以防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置的信號(hào)采集應(yīng)來自電流互感器的第三個(gè)繞組，并應(yīng)選用正規(guī)、合格廠家生產(chǎn)的互感器產(chǎn)品。

3.2 獨(dú)立的二次系統(tǒng)

防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置屏柜安裝地點(diǎn)一端是上級(jí)變電站所、一端是屬地開閉所或中央變電所，為了防止防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置屏柜的二次系統(tǒng)與已經(jīng)配置好的保護(hù)裝置二次系統(tǒng)互不影響，裝置屏柜內(nèi)所需的二次線端子排需要另加，保證二次系統(tǒng)獨(dú)立。獨(dú)立的二次系統(tǒng)可以不受其他保護(hù)信號(hào)的干擾，更加保障了保護(hù)的可靠性。

3.3 獨(dú)立的電源

為了不與站內(nèi)原有設(shè)備產(chǎn)生交叉影響，防越級(jí)跳閘保護(hù)柜交、直流電源應(yīng)取自站內(nèi)交、直流饋線屏，并且需要另加裝空開，保證電源獨(dú)立。這樣防越級(jí)跳閘保護(hù)在安裝以及檢修過程中可以方便進(jìn)行停送電，維護(hù)起來比較方便。

3.4 保護(hù)定值調(diào)整

保護(hù)定值調(diào)整如下。

（1）差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門檻。為了保障繼電保護(hù)裝置的選擇性，實(shí)現(xiàn)發(fā)生短路事故時(shí)的可靠動(dòng)作，避免事故擴(kuò)大停電范圍，站所所涉及出線線路的電流I段速斷保護(hù)應(yīng)加時(shí)限，時(shí)限值應(yīng)適當(dāng)延長，按躲過防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限參考定值。

（2）制動(dòng)系數(shù)。各側(cè)CT特性不同時(shí)，制動(dòng)系數(shù)應(yīng)保證大電流來時(shí)引起CT不會(huì)導(dǎo)致外部故障發(fā)生誤動(dòng)作。

（3）拐點(diǎn)整定。一般按躲過最大事故負(fù)荷整定。

（4）變比補(bǔ)償系數(shù)。兩側(cè)CT變比不一致時(shí)，可以入CT變比補(bǔ)償系數(shù)[7]。

3.5 安全施工管理

防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置安裝過程涉及到的停送電工作，運(yùn)維管理單位應(yīng)嚴(yán)格遵循安全操作規(guī)程，另外，運(yùn)維單位應(yīng)負(fù)責(zé)對(duì)外來人員的安全管理，做好施工前的安全培訓(xùn)和施工過程中的注意事項(xiàng)及危險(xiǎn)點(diǎn)告知，做好安全交底，并經(jīng)考試合格后允許施工，確保人身和設(shè)備安全。室外施工，如光纜的恢復(fù)和連接也應(yīng)遵守相關(guān)操作規(guī)程及屬地運(yùn)維管理單位相關(guān)規(guī)定。

3.6 試驗(yàn)與維護(hù)

新加裝置的試驗(yàn)工作應(yīng)參照預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)做好嚴(yán)格把控。光纖差動(dòng)保護(hù)兩段距離限制且試驗(yàn)兩段電源不在一個(gè)基準(zhǔn)之上，線路兩段經(jīng)過不同變壓器轉(zhuǎn)角，但是兩側(cè)電壓相位相對(duì)固定，因此可以定量故障發(fā)生在模擬區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障，通過觀察保護(hù)是否動(dòng)作，判斷保護(hù)正確與否。試驗(yàn)項(xiàng)目參考如下。

（1）現(xiàn)場(chǎng)一般的對(duì)調(diào)試驗(yàn)。分別在兩側(cè)加不通電流值觀察對(duì)側(cè)接收裝置電流值是否在有效值范圍內(nèi)；斷路器跳閘試驗(yàn)。

（2）固定一側(cè)電流，另一側(cè)電流通過移相器變換相位進(jìn)行對(duì)調(diào)。這種試驗(yàn)方式可以定性地模擬光差保護(hù)的區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障。

（3）通過GPS衛(wèi)星校時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行輸出電流對(duì)調(diào)。

（4）光纖差動(dòng)保護(hù)通道聯(lián)調(diào)試驗(yàn)[8]。

3.7 外觀方面

由于礦井變配電站、中央變電所等很多供電站所由于歷史以及科技發(fā)展因素，設(shè)計(jì)初期并沒有配備防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置，如若加裝防越級(jí)跳閘保護(hù)屏柜，應(yīng)與站所現(xiàn)有各保護(hù)屏柜在樣式、尺寸、外觀等保持一致，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的效果。

3.8 設(shè)計(jì)方面

防越級(jí)跳閘的光纖差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和通信專業(yè)的專業(yè)知識(shí)，主流廠商產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中又各自有特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中要不斷總結(jié)其動(dòng)作特點(diǎn)和規(guī)律，才能更好地運(yùn)用好各個(gè)型號(hào)的裝置性能。

4 結(jié)束語

煤礦防越級(jí)跳閘保護(hù)對(duì)于避免井下大面積停電，保障煤礦安全生產(chǎn)起到非常重要的作用，從防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到安裝的各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該得到相應(yīng)的重視，全面立體地考慮裝置安裝中的隱患，避免在使用階段防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)新的問題。本文就分析越級(jí)跳閘發(fā)生的原因，提出在防越級(jí)跳閘系統(tǒng)安裝施工過程中的建議，為避免二次施工、二次停電、二次調(diào)試等做出積極的探索，不管是對(duì)安全生產(chǎn)還是對(duì)減少工程施工成本、時(shí)間成本都是一種可行性的建議。