礦井供電系統的防越級跳閘技術探討

李志慶

（山西汾西礦業集團宜興煤業，山西 孝義 032302）

1 井下配電系統簡介

（1）5-2煤盤區變電所

宜興煤業5-2煤盤區變電所采用PBG1-10礦用隔爆型高壓真空配電裝置15臺、KBSG-200/10型礦用隔爆型干式變壓器1臺、KBZ型礦用隔爆低壓饋電開關3臺。

（2）5-2煤大巷機頭變電所

該礦5-2煤大巷機頭變電所采用PBG1-10礦用隔爆型高壓真空配電裝置18臺、KBSG-200/10型礦用隔爆型干式變壓器2臺、KBZ型礦用隔爆低壓饋電開關12臺，6回路礦用隔爆兼本安型組合開關2臺。

2 煤礦短路電流計算

在宜興礦電力系統中，有很多不正常的情況發生，這些常常是因為系統短路而造成的，需要根據短路電流的情況來分析電力系統的運行，短路電流的計算就尤為重要。從宜興礦實際看，主要需要計算短路電流、短路次暫態電流、短路全電流。短路全電流最大有效值是用來校驗電氣設備和載流導體的熱穩定性。

短路電流的計算可采用標幺值或有名值單位制，本次計算中采用標幺值計算的方法。根據某供電局提供的資料，a礦區110kV變電站，110kV母線的系統阻抗：

標幺值基準取：

按該礦區110kV變電站110kV母線短路電流以及電廠110kV母線短路電流分別為26.99kA和16.57kA進行短路電流計算，35kV供電線路長度約3km，取基準容量為100MVA，基準電壓為各級的平均電壓。初設中短路電流計算表見表1。

表1 短路電流計算結果

3 防短路引起的越級跳閘方案

3.1 電網短階梯延時選擇性過流保護方案

宜興井下高壓短階梯延時選擇性過流保護方案根據要求有方案前提、各級保護裝置、系統保護原理。

圖1 井下高壓供電系統圖

如圖1所示，屬于典型的井下6～10kV供電系統（單側電源三級干線供電系統）。圖中，QF15、QF25、 QF35為分段開關，在不設保護的情況下將單母線分為兩段；QF1、QF2QF3、 為該段母線的電源開關；QF11、QF21、QF31等是線路開關，設置保護，用于保護一條線路或線路變壓器組；QF22、QF24等是直配負荷開關，此類開關也設置保護[1-2]。

圖2 井下高壓短階梯延時選擇性過流保護系統

本方案采用3級保護線路來進行分析，圖中各級保護系統設置為：圖中3QF斷路器設置速斷和定時限（0.3s）過流兩段式保護，保護范圍延伸到移動變電站低壓側出線，其中短時限過流作為電流速斷（主保護）的設備，移動變電站的過負荷保護由站內所設低壓自動開關完成。2QF設置時限速斷（0.2s）和定時限過流（0.6s）兩段式保護。1QF設置限時速斷（0.4s）和定時限過流（0.9s）兩段式保護。

3.2 電網選擇性聯鎖限時速斷過流保護方案

選擇性聯鎖限時速斷過流保護方案就是采用各級保護間的選擇性聯鎖控制單元DK1～DK3來實現可靠的過流保護方案。

圖3 電網高壓選擇性聯鎖限時速斷過流保護系統

該系統保護原理：當在K3點出現過流故障時，保護1～3均起動，1～2可能動作，但DK3通過聯鎖控制單元即刻閉鎖DK2，同時DK2通過聯鎖控制單元閉鎖DK1，0.2s后3QF跳閘故障切除，保護2與保護1均返回，2QF、1QF不會誤跳閘。若3QF因故未跳閘，則DK3通過聯鎖控制單元解除DK2的閉鎖，故DK2即刻發跳閘指令使2QF跳閘。

當在K2點出現過流故障時，保護1、2均起動，1可能起動，但DK2通過聯鎖控制單元即刻閉鎖DK1，0.2s后2QF跳閘故障切除，保護1返回，1QF不會誤跳閘。若2QF因故未跳閘，則DK2通過聯鎖控制單元解除DK1的閉鎖，故DK1發跳閘指令使1QF跳閘。

當在K1點出現過流故障時，由1QF跳閘切除故障。

3.3 電網高壓選擇性微機限時速斷過流保護方案

由上圖的過流保護系統可知，這是地面變電所6kV傳到井下中央變電所，在轉換過程中CS檢測如果本段出現的流過電流超過本段的整定電流，那么傳感器就會返回一個高電平然后傳送到主機中，當傳感器檢測到流過裝置的電流低于本段的整定動作電流，那么就會產生低電平并且傳送到主機，每一個傳感器的編號由主機分配，信號傳輸到主機后，由主機進行判斷，進而確定哪級開關跳閘，分機收到主機命令后，執行跳閘程序[3-5]。

圖4 電網微機選擇性速斷過流保護系統

4 結論

本文根據井下電網因為短路造成的高壓過流問題所采用的方法，提出井下電網高壓短階梯延時選擇性、高壓選擇性聯鎖限時速斷、選擇性微機限時速斷過流保護三種解決方案，為后期井下配電系統的防短路引起的越級跳閘綜合系統做準備。