針對煤礦供電短路故障越級跳閘問題解決方案研究

摘 要：由于煤礦井下各供電點(diǎn)在進(jìn)行設(shè)計時，彼此之間距離較短，常規(guī)的方法計算出的三段式電流保護(hù)定值不夠準(zhǔn)確，在供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，極易導(dǎo)致越級跳閘問題頻繁發(fā)生。文章針對煤礦供電越級跳閘問題解決方案作出探討。

關(guān)鍵詞：煤礦供電；越級跳閘；解決方案

隨著煤礦機(jī)械化程度的提高，煤礦電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行逐漸被重視。由于煤礦井下工作場所環(huán)境較差，電纜在來回拖拽時極易造成其絕緣保護(hù)層損壞，機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備也時常出現(xiàn)擠傷電纜事故，這些現(xiàn)象都會導(dǎo)致井下供電系統(tǒng)發(fā)生相間短路事故，同時因井下供電線路距離短，分級多，更容易導(dǎo)致越級跳閘事故的發(fā)生。越級跳閘所造成的后果不僅僅是大面積的停電，影響煤礦的生產(chǎn)效益，更重要的是還將對煤礦井下工作人員及礦井安全帶來威脅。因此煤礦供電越級跳閘問題的解決就顯得尤為重要。

1 越級跳閘問題的解決方案

1.1 電力監(jiān)控的解決方法

對于常規(guī)的電力監(jiān)控，通常是在中央變電所或采區(qū)變電所出線開關(guān)保護(hù)的線路在運(yùn)行期間出現(xiàn)了故障或遭遇了較大程度的沖擊力（短路故障），就會促使其保護(hù)裝置投入運(yùn)行，同時將其保護(hù)裝置啟動信號傳輸至到中央變電所或者采區(qū)變電所進(jìn)線開關(guān)的保護(hù)裝置。

中央變電所或者采區(qū)變電所進(jìn)線開關(guān)保護(hù)裝置在對故障信號進(jìn)行處理的同時接收到出線開關(guān)保護(hù)裝置的啟動信號，將延時啟動本保護(hù)裝置速斷保護(hù)。如在規(guī)定時間內(nèi)未接收到出線開關(guān)的跳閘信號，進(jìn)線開關(guān)保護(hù)裝置將后備保護(hù)跳閘；如在規(guī)定時間內(nèi)出線開關(guān)跳閘，進(jìn)線開關(guān)保護(hù)裝置將恢復(fù)正常狀態(tài)。

1.2 光纖縱差的解決方法

在煤礦井下供電系統(tǒng)中，光纖縱差保護(hù)一般為保護(hù)地面變電所至中央變電所或中央變電所至采區(qū)變電所的重要負(fù)荷電纜線路，安裝于被保護(hù)電纜線路兩端的開關(guān)上。保護(hù)裝置的工作原理主要是通過比對本側(cè)三相電流及對側(cè)三相電流，研究其變化，根據(jù)變化的狀況及計算出的三相電流的矢量和是否為零進(jìn)行判斷，并根據(jù)電流互感器二側(cè)流過的電流值，與保護(hù)動作鑒定值進(jìn)行比較，如果不小于鑒定值，保護(hù)裝置動作，跳開故障線路兩側(cè)開關(guān)。2 集成保護(hù)式的解決方法

在地面變電站集成保護(hù)的基礎(chǔ)上，我們探索出井下供電集成保護(hù)式的方法。在煤礦井下供電系統(tǒng)中，我們通過對高壓供電開關(guān)電信號進(jìn)行瞬時采樣，隨后將獲取到的采樣值通過固定的光纖電纜傳訊通道傳輸?shù)街骺赜嬎銠C(jī)，通過該主控計算機(jī)對電流的計算和判斷，集成保護(hù)主機(jī)通過光纖電纜傳訊通道向距離故障點(diǎn)路程較短的微機(jī)保護(hù)下達(dá)跳閘命令，離故障點(diǎn)最近的斷路器將會對短路故障進(jìn)行排除。如果通道出現(xiàn)問題，將關(guān)閉集成保護(hù)工作模式，將工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)槊颗_高壓供電開關(guān)各自保護(hù)工作的常規(guī)方式。如圖3。

3 智能配網(wǎng)的解決方法

在井下供電系統(tǒng)中，我們利用下級變電站保護(hù)動作信號或饋出線保護(hù)動作信號經(jīng)礦井高速以太網(wǎng)快速閉鎖本線路保護(hù)的速斷保護(hù)功能，從而在確保快速的同時又具有了可選擇性。

智能配網(wǎng)的解決方法是采用某些方法將智能配網(wǎng)中的故障快速隔離起來：當(dāng)配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障、相關(guān)速斷保護(hù)裝置啟動的同時，還會向上一級配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)出閉鎖信號。不僅如此，整個配網(wǎng)系統(tǒng)還具備對下一級系統(tǒng)進(jìn)行檢測的能力，即判斷出下一級配網(wǎng)是否有閉鎖信息發(fā)出。根據(jù)判斷結(jié)果，實施下一步程序。即如果檢測到下一級配網(wǎng)發(fā)出了閉鎖信息，那么就對速斷出口進(jìn)行閉鎖。相反，如果下一級配網(wǎng)沒有檢測到閉鎖信息，那么這時，配網(wǎng)系統(tǒng)就會出現(xiàn)一個短延時，然后跳閘。

通常情況下，短延時的時長與下一級配網(wǎng)閉鎖信息的傳輸時間相關(guān)。經(jīng)過測算，研究人員發(fā)現(xiàn)：在4級以下的配網(wǎng)中，短延時的時長通常≥35ms。這樣才能更好地保證閉鎖信息傳輸?shù)目煽俊㈨槙场＃ㄒ妶D4）

4 越級跳閘問題解決方案的分析

4.1 簡單易行方面

針對上文提到的電力監(jiān)控、光纖縱差、及集成保護(hù)來說，站內(nèi)電纜或光纖以及站與站之間的光纖的連接都需要以傳統(tǒng)的安裝方式進(jìn)行，這對于現(xiàn)場工作具有一定的麻煩性。而智能配網(wǎng)卻大不相同，智能配網(wǎng)只需將通訊方式做轉(zhuǎn)變，將RS485通訊改為以太網(wǎng)，因此總體而言比其他三種方案在現(xiàn)場改造方面容易得多。

4.2 可靠性方面

在以上四種方案中，電力監(jiān)控和智能配網(wǎng)方案采用的都是，當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障時，由下級配網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)故障檢測。如果檢測到故障電流，那么下級配網(wǎng)系統(tǒng)就會給上級配網(wǎng)系統(tǒng)傳輸故障信息，從而實現(xiàn)了上級配網(wǎng)系統(tǒng)的短時閉鎖，進(jìn)而達(dá)到速斷保護(hù)的目的。因此，電力監(jiān)控和智能配網(wǎng)方案在所有的煤礦供電越級跳閘解決方案中，屬于可靠性較高的方案。

光纖縱差保護(hù)方案普遍應(yīng)用于井上供電系統(tǒng)。當(dāng)運(yùn)用到井下聯(lián)絡(luò)線時，對于普通的故障（故障發(fā)生在聯(lián)絡(luò)線之間）來說，效果也比較顯著；但是對于特殊故障（發(fā)生在母線上的故障）來說，效果則不盡如人意，如偶爾發(fā)生越級跳閘現(xiàn)象、存在保護(hù)死區(qū)等等。

集成保護(hù)方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且在及時采樣方面，同步要求比較高。從而導(dǎo)致排除故障時間的不確定性，即排除故障的時間不能保證完全控制在速斷時間內(nèi)。

4.3 先進(jìn)性方面

為了改善煤礦井下供電系統(tǒng)，我們需要將成熟的技術(shù)加以利用。井上供電技術(shù)要合理地科學(xué)性地運(yùn)用到井下。集成保護(hù)正是一項值得考慮的技術(shù)，集成保護(hù)綜合了IT技術(shù)的先進(jìn)性，對處理器的運(yùn)算速度也作了相應(yīng)的改進(jìn)和提升。即使在只有一臺主機(jī)的情況下，也能將全站測量保護(hù)及監(jiān)控的功能包攬下來。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)化方面

煤礦針對供電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，井上與井下存在較大差異。煤礦井下供電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)往往落后于井上，這是由歷史原因和專業(yè)限制導(dǎo)致的。例如對于微機(jī)的保護(hù)裝置，井上都具有完整的一套標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋了多種的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)。而井下則僅有為數(shù)不多的要求，使得各項相關(guān)設(shè)備的性能不統(tǒng)一。在文章提到的解決方法中所涉及到的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)也有差別。制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化的煤礦供電設(shè)備也是為今后的供電需求打下基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘問題一直存在于煤礦日常工作中，隨著煤礦事業(yè)的發(fā)展及諸多應(yīng)用于煤礦中的新技術(shù)的相繼問世，使得煤礦供電系統(tǒng)中存在的問題在解決上有了可供選擇的解決方案，近幾年基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能配網(wǎng)方案在煤礦供電系統(tǒng)中得以應(yīng)用，其可靠性也在應(yīng)用中得以證實。這種不改變原有安裝方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方法不僅解決了煤礦高壓供電的問題，更推動了煤礦高壓供電技術(shù)領(lǐng)域的研究和發(fā)展。對此國家也將頒布新的政策和標(biāo)準(zhǔn)，對煤礦供電的規(guī)范進(jìn)一步地加強(qiáng)，從而在根本上預(yù)防了對礦井和礦工生命造成威脅事故的發(fā)生。

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