煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

摘 要：文章簡(jiǎn)要分析了課題的研究背景及意義，分析了煤礦供電保護(hù)的現(xiàn)狀及存在的問題，并通過分析數(shù)字式光纖差動(dòng)保護(hù)原理、差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行存在問題及對(duì)策以及小電流接地選線功能來探討煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦供電；防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)；應(yīng)用

引言

目前煤礦供電存在失壓保護(hù)動(dòng)作無法整定、漏電保護(hù)難等問題，進(jìn)而出現(xiàn)越級(jí)跳閘的現(xiàn)象，影響了煤礦的安全供電和安全生產(chǎn)。為了解決煤礦供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘問題，必須充分利用數(shù)字光纖差動(dòng)保護(hù)技術(shù)，構(gòu)建完善的防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)。

1 課題背景及意義

煤礦的安全供電直接影響了煤礦的安全、高效的生產(chǎn)，而安全供電的基礎(chǔ)是要有完善、可靠的保護(hù)裝置。當(dāng)前煤礦供電系統(tǒng)普遍存在失壓保護(hù)零時(shí)延、速斷過流保護(hù)定值無法整定等問題，這會(huì)導(dǎo)致供電系統(tǒng)出現(xiàn)過流、漏電、短路等問題，尤其是越級(jí)跳閘，嚴(yán)重影響了煤礦的安全供電。因此，防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建，是確保煤礦供電安全和生產(chǎn)安全，確保作業(yè)人員生命安全的重要手段。

文章研究的煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)是在全站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享的數(shù)字化變電站技術(shù)，線路的主保護(hù)使用的是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的光纖差動(dòng)保護(hù)模塊。數(shù)字式光纖差動(dòng)保護(hù)技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)具有其他系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，具有性能高、可靠性高、安全性高等特點(diǎn)，能良好的解決煤礦供電系統(tǒng)中存在的越級(jí)跳閘問題。本研究構(gòu)建的供電系統(tǒng)，不僅能為煤礦供電保護(hù)系統(tǒng)開辟一個(gè)新的征程，還能降低煤礦的生產(chǎn)成本，提高煤礦供電系統(tǒng)的保護(hù)性能，對(duì)提高供電系統(tǒng)的可靠性和安全性具有重要意義。

2 煤礦供電保護(hù)的現(xiàn)狀

煤礦井下采掘機(jī)械化程度在不斷提高，生產(chǎn)工作面不斷擴(kuò)大，高壓供電線路不斷深入末端，低壓供電系統(tǒng)則不斷向前延伸，使得在供電系統(tǒng)中，供電線路成為影響系統(tǒng)安全性的主要部分。目前煤礦供電保護(hù)的現(xiàn)狀表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：越級(jí)跳閘問題的突出、誤動(dòng)作的產(chǎn)生、保護(hù)裝置的功能不完善、保護(hù)裝置的通訊能力較差等。

2.1 越級(jí)跳閘問題的突出

該問題體現(xiàn)在保護(hù)器的失壓保護(hù)動(dòng)作無法整定和速斷過流保護(hù)定值無法整定兩方面。井下保護(hù)器的失壓保護(hù)動(dòng)作不能整定，其時(shí)延為零，在母線和饋線距離段上母線的其他開關(guān)出現(xiàn)失壓保護(hù)誤動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致越級(jí)跳閘。煤礦供電保護(hù)的主保護(hù)是速斷過流保護(hù)，受礦井復(fù)雜的供電系統(tǒng)和供電線路短等因素的影響，線路既無法整定保護(hù)定值，又無最小保護(hù)范圍。這使得線路一旦出現(xiàn)短路，就會(huì)導(dǎo)致越級(jí)跳閘問題出現(xiàn)，影響了煤礦的正常生產(chǎn)。

2.2 產(chǎn)生誤動(dòng)作

一般而言，礦井漏電保護(hù)的抗電磁干擾能力不足，數(shù)據(jù)傳輸和處理的速度較慢，支路上的一些零序電流不能和上級(jí)支路比較判斷，缺乏一定的保準(zhǔn)。這樣一來，一旦出現(xiàn)漏電、電纜接地的現(xiàn)象，且煤礦的漏電保護(hù)沒有集中選線功能的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，拉斷非故障線路，且線路的恢復(fù)時(shí)間較長，影響了煤礦的正常生產(chǎn)。

2.3 保護(hù)裝置的功能不完善

當(dāng)前我國一些煤礦的保護(hù)裝置功能較為簡(jiǎn)單，功能不完善的問題凸顯，如故障錄波功能的缺失，會(huì)導(dǎo)致記錄故障數(shù)據(jù)的不全面，故障錄波分析的效果不佳。定值的修改必須在現(xiàn)場(chǎng)有限的按鈕來完成，耗時(shí)耗力。同時(shí)，保護(hù)裝置通訊能力較差也是當(dāng)前煤礦供電保護(hù)的現(xiàn)狀之一。通訊功能的缺失，會(huì)使得保護(hù)裝置缺失遙控、遙信、遙脈、遙側(cè)四大功能的缺失，這就要求煤礦企業(yè)必須安排值班人員進(jìn)行定期巡查，增加工作人員的壓力。

3 煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)字式光纖差動(dòng)保護(hù)原理

文章所采用的數(shù)字式光纖差動(dòng)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)原理可以從瞬時(shí)采樣值的電流差動(dòng)保護(hù)和故障分量電流差動(dòng)保護(hù)兩大原理進(jìn)行分析。瞬時(shí)采樣值的電流差動(dòng)保護(hù)原理主要作用是判斷有無發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，是指按照一定判斷依據(jù)而構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，其自動(dòng)方程式可以表示成|i1+i2|>I0、|i1+i2|>K|i1-i2|。其中i1和i2表示線路兩端電流采用的瞬時(shí)值，K為制動(dòng)系數(shù)、I0為整定值。當(dāng)瞬時(shí)采用值電流差動(dòng)保護(hù)采用判據(jù)窗>90°時(shí)，制動(dòng)保護(hù)效果最佳。

3.2 差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行存在問題及對(duì)策

該系統(tǒng)下差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行過程中可能存在的問題有CT飽和、CT斷線、同步化處理和誤碼校驗(yàn)、弱饋問題及電容電流問題。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，短路電流會(huì)有一定幅值的非周期分量，這會(huì)導(dǎo)致電流互感器鐵芯的磁密度值快速飽和，這種情況下，勵(lì)磁的阻抗能力會(huì)減弱，勵(lì)磁電流增加，導(dǎo)致二次電流的波形畸變。具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）發(fā)生嚴(yán)重故障后，CT有一個(gè)線性傳變區(qū)，在該區(qū)內(nèi)能把一次電流準(zhǔn)確的傳送到二次側(cè)，并在該區(qū)存在的時(shí)間會(huì)隨著故障的嚴(yán)重程度減少。（2）對(duì)因故障電流中非周期分量引起的CT飽和，勵(lì)磁電流和二次電流會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波波形不對(duì)稱的問題，且差流波形會(huì)有嚴(yán)重的偏移問題。（3）因穩(wěn)態(tài)短路電流引起的CT飽和，勵(lì)磁電流和二次電流的波形呈奇對(duì)稱。可見，當(dāng)CT飽和時(shí)，會(huì)使得在電流差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)的保護(hù)延遲，而區(qū)外的保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)此，該系統(tǒng)可以采用CT飽和識(shí)別技術(shù)來避免光纖差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問題的出現(xiàn)。

CT斷線上，與CT飽和相比，CT斷線雖然不會(huì)導(dǎo)致光纖差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問題，但是如果發(fā)生在區(qū)外故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)問題。對(duì)此，可以使用較為成熟的CT斷線依據(jù)來檢測(cè)CT是否出現(xiàn)斷線[2]。弱饋問題上，如果在此情況下發(fā)生線路內(nèi)部故障，就會(huì)使得弱饋側(cè)的故障電流流入量減小，很可能會(huì)導(dǎo)致電流差動(dòng)保護(hù)的拒動(dòng)。對(duì)此，可以在啟動(dòng)文件中設(shè)置一個(gè)低壓輔助啟動(dòng)元件，一旦電壓比該氣動(dòng)元件定值低，就可啟動(dòng)，此時(shí)非弱饋側(cè)的保護(hù)就會(huì)收到啟動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電流差動(dòng)的保護(hù)出口，達(dá)到切除故障的目的。

3.3 小電流接地選線功能

基于數(shù)字式光纖差動(dòng)技術(shù)設(shè)置的煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)，其小電流接地選線方法可以采用消弧線圈并聯(lián)中值電阻選線法。該方法又可分為主動(dòng)式選線和被動(dòng)式選線，主動(dòng)式選線主要是通過改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式或結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)的該變量進(jìn)行選線，有消弧線圈并聯(lián)中值電阻法、注入法和殘留增量法。不過，后兩者方法在理論研究上的缺陷，使得其在實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高，主要是采用消弧線圈并聯(lián)中值電阻法。消弧線圈并聯(lián)中值電阻法是指發(fā)生單相接地時(shí)，在消弧線圈的兩端能快速并聯(lián)一個(gè)中值電阻，增加故障線路的零序電流，以正確選線。該方法的工作原理是：在系統(tǒng)處于正常狀態(tài)下，利用該方法打開可控開關(guān)，中值電阻不會(huì)投入系統(tǒng)，中性點(diǎn)的消弧線圈會(huì)對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)的容性電流進(jìn)行跟蹤，但受感性電流和容性電流基本相等影響，其方向相反；當(dāng)有單相電弧性接地故障出現(xiàn)時(shí)，受消弧線圈的補(bǔ)償作用影響，故障點(diǎn)的電流會(huì)快速減少，使得電弧熄滅，故障消失；當(dāng)出現(xiàn)永久性接地故障時(shí)，消弧線圈就會(huì)立即跟蹤補(bǔ)償，系統(tǒng)穩(wěn)定后，閉合可控開關(guān)讓中值電阻投入的時(shí)間縮短，促使非故障線路和故障線路的零序電流相區(qū)別，方便選線。可見，消弧線圈并聯(lián)中值電阻法是較為有效的選線方法，在系統(tǒng)任何運(yùn)行狀況下都能較大程度發(fā)揮小電流接地選線功能。

4 結(jié)束語

總之，文章構(gòu)建的數(shù)字式光纖差動(dòng)防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)，其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備功能完整，組網(wǎng)較為靈活，避免了煤礦供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的發(fā)生，提高了煤礦供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，保證了煤礦的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張文瑞.新型煤礦供電網(wǎng)防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].電子世界，2013，16（04）：19-20.

[2]米春榮，朱俊彥，賈東立.DMP5000供電數(shù)字化防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2013，29（03）：36-37.