電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

文/馬曉輝

供電系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)揮著非常重要的作用，確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的重要前提與保障。但由于受到諸多原因的影響，而導(dǎo)致供電系統(tǒng)出現(xiàn)越級跳閘的問題。煤礦供電系統(tǒng)中，所謂的越級跳閘指的是，供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題后，負(fù)責(zé)該級供電線路的開關(guān)沒有及時跳閘停電，而是其上一級開關(guān)出現(xiàn)跳閘動作。越級跳閘會造成大面積停電，影響煤礦正常生產(chǎn)，因此，應(yīng)積極采取預(yù)防性策略，盡量避免越級跳閘問題的出現(xiàn)。

1 越級跳閘問題的發(fā)生機(jī)理

1.1 供電線路相對較短

在煤礦中，尤其是礦井中，所使用的供電線路多是在1～3 千米的范圍內(nèi)，這樣較短的供電線路，可以有效降低線路上電流值的偏差。因此，供電線路故障發(fā)生之后，不可根據(jù)電流值大小，來對故障的具體位置進(jìn)行判斷，只能通過逐級延時跳閘來對開關(guān)進(jìn)行整定。但是，若是供電線路的等級過多，則容易導(dǎo)致上級設(shè)定時間到達(dá)上限的時長與下級設(shè)定時間幾乎一致，從而使得供電系統(tǒng)故障問題出現(xiàn)后，容易出現(xiàn)越級跳閘的問題。

1.2 開關(guān)控制電源缺少專用電源

在煤礦礦井中，多針對防爆開關(guān)設(shè)置了相應(yīng)的保護(hù)裝置，但其電源多是由供電線路所提供，一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，便會影響供電線路的穩(wěn)定性。例如，供電系統(tǒng)短路后，供電線路的電流便會迅速上升、電壓迅速降低，而由于防爆開關(guān)保護(hù)裝置的電源來自于供電線路，導(dǎo)致保護(hù)裝置電源出現(xiàn)故障，容易誤動作，進(jìn)而導(dǎo)致越級跳閘問題的出現(xiàn)。

1.3 失壓保護(hù)

目前，對防爆開關(guān)，多是利用失壓脫扣器實(shí)施失壓保護(hù)。而對于失壓脫扣器來說，其動作狀態(tài)在很大程度上受到電壓的影響。供電系統(tǒng)短路之后，供電電壓會有所下降，容易導(dǎo)致失壓脫扣器出現(xiàn)誤動作的問題，造成各級開關(guān)無序跳閘。

1.4 運(yùn)行方式存在明顯差異

若是煤礦供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式存在明顯差異，則會增加供電系統(tǒng)的電流差值。處于最大運(yùn)行方式的狀態(tài)下，電流值也比較大，處于最小運(yùn)行方式的時候，供電系統(tǒng)的電流值便會較小，容易出現(xiàn)越級跳閘。

2 電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 基于GOOSE信號閉鎖的短路保護(hù)防越級跳閘系統(tǒng)

煤礦供電系統(tǒng)中，常見的防越級跳閘措施有三種。一是采用網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)措施；二是針對防爆開關(guān)設(shè)置獨(dú)立電源；三是建立基于GOOSE 信號閉鎖的短路保護(hù)系統(tǒng)。對第一種措施進(jìn)行分析，采取網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)措施，能夠?qū)崿F(xiàn)對供電系統(tǒng)的全線、全面防越級保護(hù)，且其容易設(shè)置、靈敏性較好、可靠性較高，但實(shí)際應(yīng)用時需要投入大量的資金。對第二種措施進(jìn)行分析，雖然為防爆開關(guān)設(shè)置專用電源，可以有效解決由供電線路故障帶來的保護(hù)裝置供電電源波動進(jìn)而導(dǎo)致的越級跳閘問題，但是增設(shè)獨(dú)立電源需要獨(dú)立布線，不僅操作繁瑣，還需要投入大量資金，不適宜推廣應(yīng)用。基于此，本文擬建立基于GOOSE 信號閉鎖的短路保護(hù)防越級跳閘系統(tǒng)。

基于GOOSE 信號閉鎖的短路保護(hù)系統(tǒng)，可選擇性地對供電線路實(shí)施保護(hù)，其是借助現(xiàn)階段礦井中的以太網(wǎng)，通過GOOSE 技術(shù)將開關(guān)動作信號傳輸給開關(guān)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)選擇性跳閘。基于GOOSE 信號閉鎖的短路保護(hù)技術(shù)比較容易實(shí)現(xiàn)，具有經(jīng)濟(jì)合理性，且可靠性較強(qiáng)。

目前來說，諸多礦井均對光纖主干網(wǎng)進(jìn)行了鋪設(shè)，在煤礦供電系統(tǒng)中，諸多保護(hù)均采取各種形式與監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)連接起來。基于GOOSE 信號閉鎖的短路保護(hù)防越級跳閘系統(tǒng)，可在當(dāng)前保護(hù)基礎(chǔ)上加設(shè)太網(wǎng)接口，來整定GOOSE 的有效閉鎖時間，從而使GOOSE 的各種動作信號均能在通訊接口上完成，對整個供電系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一監(jiān)控、管理。一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，可以實(shí)施選擇性保護(hù)，避免越級跳閘問題的出現(xiàn)。

當(dāng)煤礦供電系統(tǒng)發(fā)生故障問題的時候，其等效電路圖為如圖1所示。故障出現(xiàn)在K4 位置的時候，在各點(diǎn)均可以檢測到故障電流，若是電流在動作范圍之內(nèi)，保護(hù)控制器通過相應(yīng)分析處理自動發(fā)送GOOSE 閉鎖報告，有效完成GOOSE 信號的初始化后，保護(hù)控制器1、2、3 將會在閉鎖間定值，且不動作，保護(hù)控制器4 開始動作，將故障線路切除，切除后，如果動作條件范圍內(nèi)仍存在故障電流值，則會按照上述順序，由保護(hù)控制器3 來切除故障線路。這樣，可以迅速切除故障線路，盡量減小停電面積，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1：等效電路圖

圖2：基于“三位一體”的電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2.2 基于“三位一體”的電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)

基于“三位一體”的電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)，主要由四個部分組成。一是防越級保護(hù)裝置，其主要功能為防越級跳閘、供電保護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控；二是監(jiān)控服務(wù)器，其主要功能為礦井遠(yuǎn)程監(jiān)控、報表管理、故障記錄、能耗分析、故障分析等；三是防越級監(jiān)控分站，其主要功能為防越級跳閘監(jiān)控、供電遠(yuǎn)程監(jiān)控；四是輔助信號源，其主要功能為供電單相接地故障選線信號注入。“三位”指的是從短路防護(hù)、漏電防護(hù)、電壓波動防護(hù)三個維度，來預(yù)防越級跳閘問題的出現(xiàn)，從而無死角地進(jìn)行防越級跳閘，可靠性較高。“一體”指的是常規(guī)保護(hù)、防越級跳閘保護(hù)為一體、電力監(jiān)控與防越級跳閘監(jiān)控為一體、光纖環(huán)網(wǎng)與防越級跳閘網(wǎng)絡(luò)為一體。基于“三位一體”的電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)礦井供電無人值守、全方位防越級跳閘，且實(shí)現(xiàn)了自動化電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)可靠性的提高。如圖2所示。

3 煤礦供電系統(tǒng)中應(yīng)用電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)可解決的問題

3.1 提升煤礦供電系統(tǒng)的可靠性

在煤礦供電系統(tǒng)中對電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，可在監(jiān)控主機(jī)上實(shí)時顯示供電系統(tǒng)的運(yùn)行值，并可以對運(yùn)行參數(shù)值記錄下來，通過開展分析，整定保護(hù)，便可以將整定值偏差消除，確保供電系統(tǒng)保護(hù)的可靠性。

3.2 便于供電系統(tǒng)的檢查與維護(hù)

在煤礦供電系統(tǒng)中對電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，將供電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)記錄下來，便可以繪制歷史曲線，并對故障事件進(jìn)行系統(tǒng)化地分析，值班人員可以通過對比分析供電系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的歷史數(shù)據(jù)、歷史曲線與現(xiàn)階段的實(shí)時數(shù)據(jù)、實(shí)時曲線，并根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)、實(shí)時曲線的變化情況，來查找供電系統(tǒng)的故障問題及其原因，以便于對供電系統(tǒng)進(jìn)行檢查與維護(hù)，及時消除故障隱患，維護(hù)供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 為節(jié)能降耗提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)

在煤礦供電系統(tǒng)中對電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用后，可將供電線路的電流、電壓、功率因數(shù)、有功負(fù)荷以及無功負(fù)荷等參數(shù)信息顯示并記錄下來，從而可以為井下無功功率補(bǔ)償、線路擴(kuò)改、電力負(fù)荷分配、節(jié)能降耗等提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

3.4 預(yù)防人為因素所導(dǎo)致的失誤

在煤礦供電系統(tǒng)中對電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用后，可對供電線路的送電、停電進(jìn)行遙控操作，并可以對電氣設(shè)備的定值數(shù)實(shí)施集中控制，從而使得整定、操作變得更加準(zhǔn)確、更加及時，避免了人為因素下誤整定、誤操作的現(xiàn)象。井下只需安排一名巡檢人員，對電氣設(shè)備定期巡查檢查即可，減輕了人員工作量。

4 結(jié)語

綜上，主要對基于GOOSE 信號閉鎖的短路保護(hù)防越級跳閘系統(tǒng)、基于“三位一體”的電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并提出了電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)的作用。為實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)，必須高度重視煤礦供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，可建設(shè)電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)來預(yù)防越級跳閘問題的出現(xiàn)。