礦區供電系統線路保護綜述

劉鋼雷 周海生

摘 要：礦區供電系統上下級線路短路電流區分不明顯，常造成保護裝置出現越級跳閘現象，以致造成較大范圍的停電，對正常的生產運營造成較大影響。分析比較了近年國內針對越級跳閘現象所提出的幾種主要保護方案，探討了現階段最具有實用價值的方案，并指出今后的發展趨勢。

關鍵詞：礦區供電系統；越級跳閘；實用價值；發展趨勢

中圖分類號：TD608 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0049-02

Abstract： The difference of short-circuit current between upper and lower lines of power supply system in mining area is not obvious， which often results in the trip of protection devices， resulting in a wide range of blackouts， which has a greater impact on the normal production and operation. This paper analyzes and compares several main protection schemes put forward in recent years in view of the phenomenon of overstepping tripping in China， probes into the most practical schemes at present， and points out the developing trend in the future.

Keywords： power supply system in mining area； skip trip； practical value； development trend

引言

我國礦區供電系統自動化程度較低，安全可靠供電是礦區安全生產運營的基礎，常見的礦區電網結構多為3～4級單端輻射型網絡，各級間常采用長度較短或截面積較大的電纜線路連接供電，這種電纜線路本身的小阻抗特性，使得短路發生時上級干路與下級支流的電流值差別不大，上下級保護裝置均啟動，保護越級跳閘發生。此外，系統運行方式的變化、CT飽和及設備投切等情況也易致使越級跳閘現象出現，該現象導致的大范圍停電嚴重影響礦區的正常生產運營，造成較大損失。本文對現有防越級跳閘保護方案優缺點加以分析，指出當前具有實用意義的保護方案及未來礦區保護裝置發展的方向。

1 防越級跳閘保護的研究現狀

1.1 電流速斷閉鎖保護方案

在礦區原有速斷保護上加裝智能閉鎖裝置，構成各級速斷保護之間的聯系，實現保護動作的選擇性，從而達到防止越級跳閘的效果[1]。該方案上下級間的閉鎖連接較為復雜，仍需要各級信號間進行通訊，在礦區這種干擾較強的保證裝置可靠工作是有一定難度的。另外，該裝置簡單，在具有低成本的優點的同時，也存在著不能夠故障自檢的缺陷。

1.2 光纖縱差保護方案

將線路兩端的電氣量通過光纖傳輸通道進行傳輸比較，并根據相應的保護判據判斷是否動作于跳閘[2]。該方案能較好地實現保護的選擇性與速動性，所存在的問題是從線路兩側所得到的電氣量需要進行同步處理，同步的難度較大，導致了供電成本的上升。另外，兩側通訊所用的專用通訊光纖成本較高，且在惡劣的煤礦環境下容易受損，繼而影響保護裝置的正常工作。

1.3 基于CAN通訊的保護方案

在各級供電線路中裝設保護控制器，各級保護控制器之間通過CAN網來發送和接收各級信號，并設置保護器動作的優先級，從而達到防越級跳閘的目的[3]。該方案有較好的防越級跳閘的效果，具有一定實用價值，但是需要增加大量的保護控制器及相應的CAN通訊網，對于礦區電網來說改造難度較大且成本較高。此外，在CAN網的通訊可靠性及通訊速率的影響下，故障后動作于跳閘的時間較長，保護的速動性受到一定影響。

1.4 基于GOOSE技術的保護方案

采用GOOSE技術和以太網來連接各級綜保開關，實現防越級跳閘功能[4]。該方案除能夠實現保護選擇性外，還能實現自動報警，維護起來較為容易，但是大多煤礦采用的仍舊是最老式的階段式電流保護方案，并沒有完善的以太網及監控設施，從而使得該方案的實現復雜，難度較大，實施成本較高，可實用性不強。

1.5 基于數字化技術的保護方案

數字化技術方案是將在各測量點處采集到的模擬信號轉換成數字信號，并通過通訊網絡將信號傳輸到集中式控制器中，實現對故障線路的識別及動作于相應的線路斷路器開關[5]。該方案理論上可正確動作開關以解決越級跳閘問題，但其面臨的問題有所采集的數據實現同步、通訊可靠工作及電氣信息集中到保護控制器統一作出跳閘判斷的風險集中的問題。該方案的實現要求的條件較高，暫時不具有良好的實用價值。

2 礦區保護的實用方案及發展趨勢

受歷史發展及成本等因素影響，礦區電網保護普遍配置不高，保護改造在保證可靠性的情況下，其經濟性需要著重考慮。在原有保護配置上進行升級的電流速斷閉鎖保護方案相比較其他方案來說有著升級改造難度小、成本低及易實現的優勢。數字化、智能化是保護發展的大方向所在，隨著成本的降低和通訊可靠性的提高，數字化保護在礦區電網中的應用會逐漸增加，其切除故障迅速及易維護等特點會逐步凸顯出來。

3 結束語

隨著數字化、信息化的不斷發展，數字化設備可靠性及成本不斷降低，效費比越來越高，今后在礦區電網保護中的應用將越來越廣泛，將會極大提高礦區生產的安全性和可靠性。

參考文獻：

[1]張維振，李忠奎.基于速斷閉鎖的煤礦高壓供電系統防越級跳閘技術研究[J].煤礦現代化，2017（4）：40-43.

[2]王錟，秦文萍，楊世坤，等.光纖級聯縱差保護在井下防越級跳閘的應用[J].煤炭工程，2016（7）：75-78.

[3]史麗萍，溫樹峰，黃延慶.基于CAN網通訊的選擇性短路保護研究[J].電力系統保護與控制，2011，39（8）：139-142.

[4]姚福強，柏猛，杜兆文.GOOSE信號閉鎖在煤礦供電系統防越級跳閘中的應用[J].電力系統及其自動化學報，2016，28（7）：37-41.

[5]馬星河，馬星煊，王永勝.基于數字化變電站技術的煤礦井下防越級跳閘方案研究[J].煤礦機電，2013（5）：1-7.