煤礦供電防越級跳閘保護系統的應用研究

摘 要：文章簡要分析了課題的研究背景及意義，分析了煤礦供電保護的現狀及存在的問題，并通過分析數字式光纖差動保護原理、差動保護運行存在問題及對策以及小電流接地選線功能來探討煤礦供電防越級跳閘保護系統的應用。

關鍵詞：煤礦供電；防越級跳閘保護系統；應用

引言

目前煤礦供電存在失壓保護動作無法整定、漏電保護難等問題，進而出現越級跳閘的現象，影響了煤礦的安全供電和安全生產。為了解決煤礦供電系統的越級跳閘問題，必須充分利用數字光纖差動保護技術，構建完善的防越級跳閘保護系統。

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，而安全供電的基礎是要有完善、可靠的保護裝置。當前煤礦供電系統普遍存在失壓保護零時延、速斷過流保護定值無法整定等問題，這會導致供電系統出現過流、漏電、短路等問題，尤其是越級跳閘，嚴重影響了煤礦的安全供電。因此，防越級跳閘保護系統的構建，是確保煤礦供電安全和生產安全，確保作業人員生命安全的重要手段。

文章研究的煤礦供電防越級跳閘保護系統是在全站網絡數據共享的數字化變電站技術，線路的主保護使用的是基于點對點光纖通信網絡的光纖差動保護模塊。數字式光纖差動保護技術的自動化系統具有其他系統不可比擬的優勢，具有性能高、可靠性高、安全性高等特點，能良好的解決煤礦供電系統中存在的越級跳閘問題。本研究構建的供電系統，不僅能為煤礦供電保護系統開辟一個新的征程，還能降低煤礦的生產成本，提高煤礦供電系統的保護性能，對提高供電系統的可靠性和安全性具有重要意義。

2 煤礦供電保護的現狀

煤礦井下采掘機械化程度在不斷提高，生產工作面不斷擴大，高壓供電線路不斷深入末端，低壓供電系統則不斷向前延伸，使得在供電系統中，供電線路成為影響系統安全性的主要部分。目前煤礦供電保護的現狀表現在以下幾點：越級跳閘問題的突出、誤動作的產生、保護裝置的功能不完善、保護裝置的通訊能力較差等。

2.1 越級跳閘問題的突出

該問題體現在保護器的失壓保護動作無法整定和速斷過流保護定值無法整定兩方面。井下保護器的失壓保護動作不能整定，其時延為零，在母線和饋線距離段上母線的其他開關出現失壓保護誤動作，進而導致越級跳閘。煤礦供電保護的主保護是速斷過流保護，受礦井復雜的供電系統和供電線路短等因素的影響，線路既無法整定保護定值，又無最小保護范圍。這使得線路一旦出現短路，就會導致越級跳閘問題出現，影響了煤礦的正常生產。

2.2 產生誤動作

一般而言，礦井漏電保護的抗電磁干擾能力不足，數據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支路比較判斷，缺乏一定的保準。這樣一來，一旦出現漏電、電纜接地的現象，且煤礦的漏電保護沒有集中選線功能的時候，就會產生誤動作，拉斷非故障線路，且線路的恢復時間較長，影響了煤礦的正常生產。

2.3 保護裝置的功能不完善

當前我國一些煤礦的保護裝置功能較為簡單，功能不完善的問題凸顯，如故障錄波功能的缺失，會導致記錄故障數據的不全面，故障錄波分析的效果不佳。定值的修改必須在現場有限的按鈕來完成，耗時耗力。同時，保護裝置通訊能力較差也是當前煤礦供電保護的現狀之一。通訊功能的缺失，會使得保護裝置缺失遙控、遙信、遙脈、遙側四大功能的缺失，這就要求煤礦企業必須安排值班人員進行定期巡查，增加工作人員的壓力。

3 煤礦供電防越級跳閘保護系統的應用實現

3.1 數字式光纖差動保護原理

文章所采用的數字式光纖差動自動保護系統的保護原理可以從瞬時采樣值的電流差動保護和故障分量電流差動保護兩大原理進行分析。瞬時采樣值的電流差動保護原理主要作用是判斷有無發生區內故障，是指按照一定判斷依據而構成的差動保護，其自動方程式可以表示成|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值，K為制動系數、I0為整定值。當瞬時采用值電流差動保護采用判據窗>90°時，制動保護效果最佳。

3.2 差動保護運行存在問題及對策

該系統下差動保護運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、弱饋問題及電容電流問題。當系統出現故障時，短路電流會有一定幅值的非周期分量，這會導致電流互感器鐵芯的磁密度值快速飽和，這種情況下，勵磁的阻抗能力會減弱，勵磁電流增加，導致二次電流的波形畸變。具體表現在以下幾點：（1）發生嚴重故障后，CT有一個線性傳變區，在該區內能把一次電流準確的傳送到二次側，并在該區存在的時間會隨著故障的嚴重程度減少。（2）對因故障電流中非周期分量引起的CT飽和，勵磁電流和二次電流會出現正負半波波形不對稱的問題，且差流波形會有嚴重的偏移問題。（3）因穩態短路電流引起的CT飽和，勵磁電流和二次電流的波形呈奇對稱。可見，當CT飽和時，會使得在電流差動保護區內的保護延遲，而區外的保護誤動。對此，該系統可以采用CT飽和識別技術來避免光纖差動保護誤動問題的出現。

CT斷線上，與CT飽和相比，CT斷線雖然不會導致光纖差動保護誤動問題，但是如果發生在區外故障時，會出現誤動問題。對此，可以使用較為成熟的CT斷線依據來檢測CT是否出現斷線[2]。弱饋問題上，如果在此情況下發生線路內部故障，就會使得弱饋側的故障電流流入量減小，很可能會導致電流差動保護的拒動。對此，可以在啟動文件中設置一個低壓輔助啟動元件，一旦電壓比該氣動元件定值低，就可啟動，此時非弱饋側的保護就會收到啟動信號，進而驅動電流差動的保護出口，達到切除故障的目的。

3.3 小電流接地選線功能

基于數字式光纖差動技術設置的煤礦供電防越級跳閘保護系統，其小電流接地選線方法可以采用消弧線圈并聯中值電阻選線法。該方法又可分為主動式選線和被動式選線，主動式選線主要是通過改變系統的運行方式或結構，根據系統的該變量進行選線，有消弧線圈并聯中值電阻法、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，使得其在實際應用價值不高，主要是采用消弧線圈并聯中值電阻法。消弧線圈并聯中值電阻法是指發生單相接地時，在消弧線圈的兩端能快速并聯一個中值電阻，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：在系統處于正常狀態下，利用該方法打開可控開關，中值電阻不會投入系統，中性點的消弧線圈會對補償系統的容性電流進行跟蹤，但受感性電流和容性電流基本相等影響，其方向相反；當有單相電弧性接地故障出現時，受消弧線圈的補償作用影響，故障點的電流會快速減少，使得電弧熄滅，故障消失；當出現永久性接地故障時，消弧線圈就會立即跟蹤補償，系統穩定后，閉合可控開關讓中值電阻投入的時間縮短，促使非故障線路和故障線路的零序電流相區別，方便選線。可見，消弧線圈并聯中值電阻法是較為有效的選線方法，在系統任何運行狀況下都能較大程度發揮小電流接地選線功能。

4 結束語

總之，文章構建的數字式光纖差動防越級跳閘保護系統，其系統運行穩定，設備功能完整，組網較為靈活，避免了煤礦供電系統越級跳閘的發生，提高了煤礦供電系統的安全性和可靠性，保證了煤礦的安全生產。

參考文獻

[1]張文瑞.新型煤礦供電網防越級跳閘保護系統研究與應用[J].電子世界，2013，16（04）：19-20.

[2]米春榮，朱俊彥，賈東立.DMP5000供電數字化防越級跳閘保護系統的應用研究[J].機械管理開發，2013，29（03）：36-37.