關于現場應用CT飽和的越級跳閘故障

劉向陽

(開灤集團東歡坨礦業分公司,河北唐山 063000)

關于現場應用CT飽和的越級跳閘故障

劉向陽

(開灤集團東歡坨礦業分公司,河北唐山 063000)

結合礦井供電系統中存在的越級跳閘的問題,并找出解決方案,以確保礦井的安全可靠供電。

越級跳閘 瞬時電流速斷保護 限時電流速斷保護 光纖差動保護

隨著煤井自動化進程的加快，大型設備大量投入使用，高產高效已經是新型礦井發展的迫切需要。這些大型設備的投入的同時也對其供電系統提出了更高的要求，因此從井上到井下各級變配電室均采用大截面電纜。綜采、掘進工作面高壓供電方式是把為6KV高壓從采區變電所直接供給綜采、掘進工作面移動變電站；采掘工作面由于工作環境惡劣、條件差以至工作面高壓電纜在回采過程中拖曳一旦受損就會造成電纜絕緣擊穿以至形成短路。在采區變電所與工作面高爆開關的短路保護整定值雖有級差，但由于電纜截面較大高壓電纜在這種情況下形成的短路電流也很大，以至能同時滿足采區變電所饋出高爆開關及綜采工作面高爆開關的短路跳閘條件，在這種情況下會形成高爆開關搶跳的局面，很容易引起高爆開關越級跳閘。如果綜采工作面距中央變電所或采區變電所很近，由于線路短造成的短路值將更大，所引起的越級跳閘影響范圍也將更大。然而在井下運輸巷道或其它敷設有高壓電纜的巷道中，作業人員意外造成電纜損傷或其它因素引起的短路也很容易造成開關越級跳閘。在這種容易引起高壓越級跳閘的情況下就不能保證井下供電的安全性及可靠性。因為煤礦井下生產環境及條件的惡劣及對機電設備的依賴，所以煤礦的安全生產對供電的安全性、可靠性要求更為突出。

1 越級跳閘的危害

越級跳閘不僅造成事故擴大化，同時影響事故查找，如果越級跳到采區變電所，可能會造成風機、水泵等重要負荷掉電跳閘，在這種情況下如果不能及時排除故障，不但影響生產，還會影響井下各級風機開關送電時間，嚴重的還會影響瓦斯排放，引起瓦斯積聚以至危脅井下工人生命安全，如果越級跳到中央變電所，不僅會造成生產系統的癱瘓、瓦斯積聚，而且有淹井的危險。

2 CT飽和特點

CT是電磁學應用的范例之一，電流在其周圍產生磁場，在真空中磁場的大小和方向與電流的大小和方向成正比，即成線性比例。而在鐵磁材料中穿越磁力線，鐵芯內的微小的方向混亂的磁疇在外來線圈的“微弱”的磁力線的“引導”下，由外來磁力線的作用將鐵芯內的小磁極的方向“理順”，“小磁疇的集群效應”使得整個鐵心的磁通大大增強。外加磁力線的強弱決定了鐵芯內的被“理順”的磁疇的多少。故在少量的由外部線圈電流產生的磁力線引導下，被“理順”的磁疇與外加電流成正比。但是一定體積內的鐵芯的磁疇數目是一定的，故隨著來自線圈電流產生的磁力線的增加而被“理順“的磁疇的數目在逐漸的趨向飽和。宏觀表現就是隨著線圈里的電流增大而磁通卻不能顯著的線性上升。這就是鐵磁材料的“飽和”。

3 事故概況及分析

2010年7月某夜，天氣雷雨。回風井6KV配電室至員工大廈配電室線路鋼帶鎧裝紙絕緣電纜由于電纜老化進水，發生短路。該線路饋出開關644沒有動作。其所在6KV配電室該段進線開關06406開關動作跳閘。當時該配電室使用老式晶體管繼電器，考慮進線及負荷保護本身動作時間上不存在級差故造成越級。

2011年9月對該6KV配電室進線了設備更新改造，投入使用了南京盤能綜合自動保護裝置。

2012年8月某夜，天氣雷雨。風井6KV配電室至員工大廈配電室線路鋼帶鎧裝紙絕緣電纜再次發生短路。該線路饋出開關644仍然沒有動作。其所在6KV配電室該段進線開關06406開關動作跳閘。

而在此之前，線路保護曾經正確動作過，且保護的廠家經現場檢查發現保護板沒有顯示，承認保護裝置處理芯片板故障，并予以更換，因此沒有懷疑保護用電流互感器的特性。因此形成一個誤導：事故是由保護裝置本身誤動造成的，也致使后來的事故分析和處理走了彎路。

2013年7月某天，天氣雷雨。工人村配電室線路再次短路06406開關斷路器限時速斷保護動作(故障電流為24.7A，定值為22A)，斷路器跳閘，又一次造成該段開關掉電。現場06404開關顯示“電流Ⅰ段動作”。后有搶修人員到達現場后逐個對負荷開關絕緣測試后確認644負荷電纜相間短路。對其切除后，對6kV其它線路逐條試送電成功，然后對644條線路進行尋線檢查。經檢查：644線路接線盒有短路現象。按照實際情況，該線路的保護都應動作跳閘，難道該線路保護裝置又有故障？但現場在二次側進行升流試驗裝置無異常。可見6kV系統的一次設備應該存在著缺陷，必須對保護用電流互感器進行特性試驗。644開關采用300/5 CT，試驗后發現當一次側升壓到6-7倍的時候其二次側電流斜線已經嚴重彎曲，鐵芯已趨飽和。二次側輸出極限電流在32A左右，線路短路故障時，達不到速斷保護的動作值38A，造成線路保護的拒動。可見該類型的電流互感器的特性不能滿足保護的要求。雖然結論出來了，但仍然有疑點須進行分析。

采用同類型互感器的主變6kV進線開關06406保護為什么能夠正確動作？查閱保護定值單，開關06406側互感器的變比為600/5，限時速斷保護定值為22A，故障時互感器只要通過4.4倍的額定電流就能達到保護的動作值，此時互感器并沒有飽和，保護能夠正確動作。

至此，可以有如下結論：以前發生的多次越級跳閘事故，皆是保護用電流互感器的特性不滿足要求造成的。

4 采取的措施

該配電室所有的6kV出線都有單獨的測量、計量電流互感器，型號為LZZW-10，準確級0.5/10P，10P繞組沒有使用，將所有出線保護的電流回路改接在該類互感器的10P繞組上，現場測試滿足保護的要求。經過近幾年的運行實踐，線路的限時速斷保護都正確動作，沒有發生越級跳閘事故，說明困擾多年的缺陷已經消除。

5 結語

由此設計時不應忽視保護用電流互感器選型的重要性。避免由于互感器的飽和造成的保護拒動事故的再次發生。