煤礦井下供電系統防越級跳閘技術

曹品偉

(河南神火煤電有限公司 泉店煤礦， 河南 許昌 461000)

0 引言

為保證井下供電安全可靠運行，擬對某礦供電系統建立良好的基于區域保護原理的防越級跳閘技術體系，即該體系既可增強間隔層的繼電保護可靠性，又可提高綜合自動化通信系統的穩定性。主要采用了參數識別原理，準確地辨別接地線路，并進行隔離，以防故障的擴大。本文按照礦井對供電可靠性和供電安全性的要求，結合實際生產狀況，又參考了國內外先進電力監控系統，最大限度地保證礦井供電的安全可靠。

1 防越級跳閘保護原理

具體是采用分布式區域保護原理,使之各級保護建立信號聯系。當發生任何一級保護檢測到短路故障時，能快速發出閉鎖信號，并將上一級保護閉鎖，以達到將故障鎖定在最小跳閘范圍內為目的,同時當斷路器失靈時，上一級保護可快速動作，其母線故障可快速實現跳閘。

分布式區域保護與其他防越級跳閘技術對比效果，如表1所示。

表1 防越級跳閘技術對比

分布式區域保護采用了突變量作為啟動判據，其動作靈敏。由圖1看出，如果出線1發生相間短路，此時刻t0=0，其出線和進線保護均感知故障電流，突變量啟動判據成立，區域保護信號發出，耗時5 ms，t1=5 ms；區域保護聯絡信號傳送到對側耗時約10 ms，t2=15 ms；進線保護在速斷出口之前收到出線1的故障聯絡信號，將跳閘出口關閉。由于出線1保護未收到任何聯絡信號，則在t3=35 ms時刻速斷保護出口，于是切除故障線路。

t0-出線故障；t1-發出閉鎖信號；t2-進線閉鎖；t3-跳出線(固有延時)。圖1 分布式區域保護正常動作示意圖

目前6/10 kV真空斷路器跳閘的時間為50～60 ms，在發出跳閘命令110 ms后，如故障電流仍未消失，則斷路器拒動，保護器便主動將聯絡信號撤除上送。收到聯絡信號的保護，則啟動一個285 ms的聯絡信號自動解除計時,作為后備保護,如圖2所示。

t0-出線故障；t1-發出閉鎖信號；t2-進線閉鎖；t3-跳出線(固有延時);t4-出線失靈,跳進線。圖2 斷路器失靈分布式區域保護示意圖

2 漏電保護方案原理

我國配電網大多采用中性點不接地或經消弧線圈接地(即小接地電流)的運行方式。當發生常見的單相接地故障時，不影響對負荷連續供電，其規程規定仍可運行至2 h。但非故障相電壓升高而引起的系統過電壓對電力設備損害很大，甚至可能最終引起兩點接地故障，會擴大事故范圍，影響系統的安全運行，故單相故障后，快速選擇出故障線路就顯得十分重要。

本文提出了一種基于參數識別原理的小接地電流系統單相故障選線新方法,即在故障零序網絡中，對每條線路建立其外部發生故障時的數學模型。如圖3所示，對任意一條健全線路，可以進一步將其模型簡化為如圖4所示,即利用故障前后模型參數變化實現故障識別選線功能。傳統的方法是基于故障線的電氣量，其電氣量是受中性點接地方式、網架結構、故障發生時刻、電弧間歇程度等因素影響，而健全線的網架結構不受上述因素的影響。

圖3 數學模型

圖4 簡化數學模型

3 健全線網架結構的原理特點

1) 對每條線路進行建模，利用故障時本線路的零序電壓、電流等信號，求解本線路的模型參數，識別模型符合性識別故障，具有自舉性。目前其他方法均需對所有線路進行比較，方能選出故障線路。

2) 在模型參數識別時能利用全頻帶信息，為準確選線提供了可靠基礎，靈敏度高、耐過渡電阻能力強；而目前其他方法或只用穩態信號、或某幾次諧波、或某一頻帶信號等，算法判據利用信息量有限，靈敏度、實用性受到限制。

3) 對于間歇性電弧接地故障，該原理有著天然的適應性與優越性，這是因為無論電弧間歇程度如何，該方法將健全線等效成的電容模型都未發生變化，即健全線的結構并未變化，方法仍然成立，而對于電氣量比較的方法，由于電弧間歇會導致的電氣量變化，進而影響其判別的穩定性和正確性。

4) 變壓器中性點接地方式與配電網規模對本方法沒有影響。傳統的基于電氣量的方法，受中性點接地方式與電網規模影響，電氣量變化范圍巨大，影響判據的整定，適用性差。該方法識別的是健全線的網架結構，不受上述因素的影響，適用性強。

4 結論

井下各站出線和進線間防越級跳閘以及井上電源和井下負荷之間的防越級跳閘邏輯的應用，解決了出線故障進線一起跳閘的越級跳閘現象，使各級間保護動作的選擇性得以建立，保證了供電的安全性和可靠性。