西曲礦井下電網(wǎng)越級(jí)跳閘的研究

陰麗娟

西曲礦井下電網(wǎng)越級(jí)跳閘的研究

陰麗娟

(山西西山煤電股份公司西曲礦,山西 古交 030200)

供電系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),西曲礦變電所為逐級(jí)串聯(lián)供電方式,遇短路、漏電等故障時(shí),會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了供電系統(tǒng)的可靠性。通過(guò)對(duì)井下高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的成因分析,提出了解決井下高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的建議,以確保西曲礦安全生產(chǎn)。

井下電網(wǎng);越級(jí)跳閘;短路故障;措施

供電系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),越級(jí)跳閘不僅會(huì)造成事故擴(kuò)大化,同時(shí)影響事故查找,如果越級(jí)跳閘到井下變電所,不及時(shí)排除故障,會(huì)影響風(fēng)機(jī)開關(guān)送電時(shí)間,嚴(yán)重的還能影響瓦斯排放,如果越級(jí)跳閘到 35 kV變電所,不僅會(huì)造成瓦斯集聚,還會(huì)造成生產(chǎn)系統(tǒng)的癱瘓,嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的可靠性。

西山煤電股份公司西曲礦變電所為逐級(jí)串聯(lián)供電方式,遇短路、漏電等故障時(shí),會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象,因此,亟需解決越級(jí)跳閘帶來(lái)的停電范圍大,時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。

1 井下變電所供電現(xiàn)狀

該礦目前地面有一個(gè) 35 kV變電站,井下有 12個(gè)變電所,共 6趟入井電纜,造成變電所最多 6級(jí)供電方式的出現(xiàn),如末級(jí)遇短路、漏電造成 35 kV變電站 6 kV分柜跳閘,將有 5個(gè)變電所無(wú)電,直接造成大面積停電,目前,發(fā)現(xiàn)如一段母線上一支路發(fā)生短路、漏電故障會(huì)影響到另一支路某一高開跳閘,造成影響范圍擴(kuò)大。

2 短路故障越級(jí)跳閘產(chǎn)生的原因

越級(jí)跳閘：是指電力系統(tǒng)故障時(shí),應(yīng)由保護(hù)整定優(yōu)先跳閘的斷路器來(lái)切除故障,但因故由其他斷路器跳閘來(lái)切除故障,這樣的跳閘行為稱為越級(jí)跳閘。井下線路上下級(jí)的過(guò)電流保護(hù)只要大小和時(shí)限上有級(jí)差就不會(huì)發(fā)生因過(guò)電流的越級(jí)跳閘,發(fā)生越級(jí)跳閘主要是因?yàn)槎搪芬鸬摹? kV系統(tǒng)速斷保護(hù)配置困難,原因是供電距離短,短路電流沒(méi)有差別,速斷保護(hù)基本沒(méi)有選擇性。過(guò)流保護(hù)配合級(jí)差小,時(shí)限短,也導(dǎo)致選擇性差。短路故障越級(jí)跳閘示意圖見圖 1。

圖 1 短路故障越級(jí)跳閘示意圖

如圖 1所示,在 D點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),短路電流分布是一條直線,開關(guān)保護(hù)裝置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,三級(jí)速斷保護(hù)將同時(shí)啟動(dòng),都要跳閘。使停電范圍擴(kuò)大,整個(gè)中央變電所停電。由于系統(tǒng)運(yùn)行方式變化,短路點(diǎn)遠(yuǎn)近變化,兩相和三相短路的不確定性。所謂“精確整定”在理論和實(shí)際上都不能解決速斷保護(hù)的選擇性問(wèn)題。是該礦的保護(hù)設(shè)置原則有問(wèn)題,通常,每臺(tái)井下開關(guān)都要設(shè)速斷、過(guò)流兩段保護(hù),但從保護(hù)設(shè)置理論分析,井下中央變電所的進(jìn)線開關(guān) (Ⅱ),并沒(méi)有明確的保護(hù)范圍和任務(wù)。進(jìn)線開關(guān)的作用是安全檢修、操作方便。從開關(guān)Ⅲ至開關(guān)Ⅰ的設(shè)施主保護(hù),為開關(guān)Ⅰ的速斷保護(hù),后備保護(hù)為開關(guān)Ⅰ的過(guò)流保護(hù),遠(yuǎn)后備為上級(jí)開關(guān)過(guò)流保護(hù)。所以,按照保護(hù)設(shè)置原則,中央變電所進(jìn)線開關(guān)Ⅱ不能設(shè)保護(hù)。正是由于該礦在進(jìn)線開關(guān)上設(shè)置了速斷、過(guò)流、接地多重保護(hù),任務(wù)不明確、動(dòng)作頻繁,使得井下系統(tǒng)失去了選擇性。短路故障越級(jí)跳閘示意圖見圖 2。

圖 2 短路故障越級(jí)跳閘示意圖

如圖 2開關(guān)Ⅱ不設(shè)保護(hù),在 d1點(diǎn)短路只啟動(dòng)開關(guān)Ⅲ速斷保護(hù),達(dá)不到開關(guān)Ⅰ速斷定值。

由于開關(guān)Ⅰ至中央變電所距離較近,為了可靠性,開關(guān)Ⅰ的選擇性難以保證,可以設(shè)為限時(shí)速斷,用時(shí)限來(lái)保證開關(guān)Ⅰ和Ⅲ的選擇性。

3 存在的主要問(wèn)題

隨著西曲礦采煤工作面不斷延伸,供電距離不斷增大,供電系統(tǒng)中大量存在“多級(jí)串接”和“T接線”供電模式,加之繼電保護(hù)功能不完善、保護(hù)定值和時(shí)限配合困難、漏電保護(hù)功能不可靠等原因,無(wú)法滿足電網(wǎng)保護(hù)的選擇性要求,造成礦井電網(wǎng)“越級(jí)跳閘”事故頻發(fā),嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的可靠性。

由于電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)落后、通信技術(shù)不完善、協(xié)議和通信接口不兼容,造成系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)困難,無(wú)法實(shí)現(xiàn)礦井電網(wǎng)的集成監(jiān)控系統(tǒng),礦井電網(wǎng)的整體自動(dòng)化技術(shù)水平落后。

4 解決方案的建議

電力系統(tǒng)中用戶終端出現(xiàn)了越來(lái)越多的中低壓短線路。這些短線路若采用傳統(tǒng)的電流保護(hù)或距離保護(hù),在整定值與動(dòng)作時(shí)間上都難以配合。考慮到煤礦井下的實(shí)際使用條件,架構(gòu)光纖通道比較困難,因此,采用網(wǎng)絡(luò)保護(hù)就成為一種必然選擇。防越級(jí)跳閘系統(tǒng)最終要實(shí)現(xiàn)對(duì)井下所有變電所每臺(tái)高開的監(jiān)測(cè)監(jiān)控,并實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘功能。該礦地面主控機(jī)房具有監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況,故障查詢、打印,顯示變電所情況及供電系統(tǒng)運(yùn)行狀況的功能。

1)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的基本原理。網(wǎng)絡(luò)保護(hù),就是利用某種通信通道將輸電線路各端的保護(hù)裝置縱向連結(jié)起來(lái),將輸電線各端的故障信息量傳送到網(wǎng)絡(luò)中的末一端進(jìn)行比較,以判斷出故障點(diǎn)位置,從而決定切除離故障點(diǎn)最近的線路。由于這種保護(hù)自動(dòng)與相鄰線路的保護(hù)在動(dòng)作參數(shù)上進(jìn)行配合,因而可以實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。

2)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與普通電流保護(hù)的靈敏度分析。網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的基本原理：在故障時(shí),30 ms之內(nèi)把故障信息上送到網(wǎng)絡(luò)的每一節(jié)點(diǎn),進(jìn)行故障邏輯判斷,尋找故障點(diǎn),然后再切除故障線路。對(duì)非故障點(diǎn)的保護(hù),根據(jù)距離故障點(diǎn)的級(jí)差進(jìn)行自動(dòng)延時(shí) (100 ms)作為故障點(diǎn)保護(hù)的后備保護(hù),而普通常規(guī)線路保護(hù)在故障時(shí),不進(jìn)行故障邏輯判斷,立即跳閘,因此,經(jīng)常會(huì)造成越級(jí)跳閘。

3)越級(jí)跳閘方案的建議。防越級(jí)跳閘系統(tǒng)要對(duì)短路和漏電故障能靈敏的識(shí)別、判斷,從而選擇合理的跳閘范圍;正常情況下,遇短路或漏電故障后,應(yīng)為最近控制高開跳閘;要具有防同母線一支路有短路或漏電故障,造成另一支路跳閘情況的發(fā)生;遇中央所級(jí)單回路分列運(yùn)行時(shí),井下最上級(jí)總開要具備對(duì)下級(jí)兩回路實(shí)現(xiàn)可靠防越級(jí)保護(hù)。

a)通過(guò)配備高性能智能終端設(shè)備,采用新型繼電保護(hù)技術(shù)、漏電保護(hù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)滿足礦井電網(wǎng)保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性要求,防止“越級(jí)跳閘”,提高礦井電網(wǎng)的供電可靠性。礦井電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具有防“越級(jí)跳閘”功能,其技術(shù)原理應(yīng)先進(jìn)、實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)可靠、使用維護(hù)應(yīng)方便,能適應(yīng)礦井電網(wǎng)“多級(jí)串接”和“T接”供電方式的保護(hù)選擇性要求,切實(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題。防“越級(jí)跳閘”系統(tǒng)應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn),防“越級(jí)跳閘”系統(tǒng)用通信服務(wù)器設(shè)計(jì)應(yīng)合理、工作應(yīng)可靠,具備信道顯示和信道監(jiān)視功能,通道故障時(shí)能自動(dòng)投入常規(guī)保護(hù)功能,保證可靠性,與綜合保護(hù)裝置配合實(shí)現(xiàn)保護(hù)選擇性要求,并能實(shí)現(xiàn)逐級(jí)快速后備保護(hù)功能。

西曲礦井下供電系統(tǒng)有中央變電站及采區(qū)變電站 12座,有高防開關(guān) 156臺(tái)、移動(dòng)變電站 36臺(tái),共計(jì)192臺(tái);每個(gè)變電站配置 1臺(tái)礦用保護(hù)通信服務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)智能零時(shí)限電流保護(hù),共計(jì) 12臺(tái);每個(gè)變電站配置 1臺(tái)電力監(jiān)控分站用于實(shí)現(xiàn)井下變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控 ,計(jì) 12臺(tái);地面 35 kV變電站的 640#、605#、607#、646#、623#、608#出線開關(guān)需更換保護(hù)裝置 ,用于與井下保護(hù)裝置配合實(shí)現(xiàn)智能零時(shí)限電流保護(hù)功能;35 kV變電站需配置保護(hù)通信服務(wù)器 1臺(tái),實(shí)現(xiàn)智能零時(shí)限電流保護(hù)的通信功能。

b)組建礦井電網(wǎng)監(jiān)控中心,采用綜合自動(dòng)化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將井下及地面電網(wǎng)的智能終端設(shè)備接入監(jiān)控中心,構(gòu)建集成的礦井電網(wǎng)監(jiān)控環(huán)境,形成礦井電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。礦井電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備可靠的選擇性漏電保護(hù)功能,采用新型漏電保護(hù)技術(shù),自適應(yīng)礦井電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式,保護(hù)功能應(yīng)安全可靠,避免漏電保護(hù)“誤動(dòng)”和“拒動(dòng)”造成系統(tǒng)“越級(jí)跳閘”。

c)總體要求：級(jí)聯(lián)縱差保護(hù)功能內(nèi)置于高開綜合保護(hù)器中;高開保護(hù)器能完全替代原有的高開綜合保護(hù)器;井下帶級(jí)聯(lián)縱差的高開保護(hù)器的通訊兼容已建成的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng),能夠直接接入變電所的電力分站;級(jí)聯(lián)縱差保護(hù)器通過(guò)光纖纖芯實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的級(jí)聯(lián)差動(dòng),也可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的級(jí)聯(lián)差動(dòng),從而解決越級(jí)跳閘故障;主保護(hù)可以選擇零秒速斷保護(hù),也可以選擇級(jí)聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。地面縱差保護(hù)裝置,需與原有變電所保護(hù)系統(tǒng)兼容,實(shí)現(xiàn)所有保護(hù)測(cè)量、控制功能。通訊中斷能夠自動(dòng)投入就地保護(hù)并告警。出線開關(guān)拒動(dòng)時(shí),上級(jí)開關(guān)延時(shí)投入后備保護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,礦井電網(wǎng)有必要建成一個(gè)智能化、數(shù)字化和自動(dòng)化的電網(wǎng)。實(shí)際上造成電網(wǎng)越級(jí)跳閘的原因很多,應(yīng)從生產(chǎn)實(shí)際中不斷積累、總結(jié),這樣才能保證礦井的安全生產(chǎn),做到長(zhǎng)治久安。

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Research on Grade-Skip Trip of Underground Power System in Xiqu Coal Mine

Yin Li-juan

Power supply system is a basic link of safe production in the mine,the power substation of Xiqu coal mine adopts the power-supply mode of connection in series step by step,when meet the faults such as short-circuit,leakage current and so on,can appear the phenomenon of grade-skip trip,seriously influence the reliability of power supply system.Through analyzing the cause of the grade-skip trip of underground high-voltage grid,and puts forward some solutions to grade-skip trip in the underground high-voltage distribution network,so as to ensure safe production in Xiqu coal mine.

Underground power grid;Grade-Skip trip;Short-circuit fault;Measure

TD611

A

1672-0652(2011)03-0036-03

2011-02-22

陰麗娟 (1976—),女,山西古交人,2003年畢業(yè)于天津大學(xué),工程師,主要從事機(jī)電技術(shù)管理工作,(E-mail)284015168@qq.com