新形勢下縱差保護在礦井下供電中的運用研究

張燕寧

摘 要：本文通過對煤礦井下的供電系統繼電器保護中出現的越級跳閘異常現象進行了分析，并提出了通過縱差保護來防止出現越級跳閘的原理和方法，希望能為我國的煤礦事業安全發展提供一份力量。

關鍵詞：縱差保護;越級跳閘;煤礦井下供電;電流保護

1 引言

煤炭事業的發展，從某種程度上來說，體現出了一個國家的經濟實力。煤炭也為我國的經濟發展提供了必不可少的幫助。由于煤炭一般都深埋在低下一千多米處，在煤炭的開采過程中，由于環境的特殊性，作業安全成為了煤炭整個開采過程中的重中之重。由于地底下黑暗，需要提供照明，以及開采過程中也需要用到很多機械設備，這些都需要用到電。而整個供電系統如果出現故障，將會給煤礦井下作業帶來非常嚴重的威脅。因此，做好煤礦的井下供電安全，是非常重要的一項工作。

2 煤礦井下供電及繼電保護使用現狀

目前我國煤炭井下供電，一般采用的是中低壓供電系統，用的是分段式過電流保護，以及帶電壓閉鎖或功率方向的過電流保護。過電流保護根據其動作方法一般分為瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護和過電流保護這三種，它們在整個供電系統中保護的對象是不一樣的。在煤礦的電力系統中，使用的基本都是短電纜線路，這就很容易造成在線路短路時，由于通過開關的短路電流沒有明顯差異，造成上下級變電所發生短路保護，同時造成越級跳閘事件。

目前，我國的煤礦井下供電采用的一般是多輻射狀供電模式，它具有下屬兩個特點：①由于輻射的延伸支路較多，電網配合的時限不足，這就造成了短路保護時限不能互相配合;②隨著電網建設的不斷發生，整個供電系統的容量在逐漸增大，而在煤炭供電系統中，供電線路比較短，各種形式的短路電流都很接近，使得保護的電流定值不能配合。這就造成了井下的電網繼電保護系統又越級跳閘的情況發生。當這種情況出現時，會造成煤礦井下的供電系統出現大面積的供電故障，一旦沒有電力，煤礦井下作業就沒有照明而無法作業。

3 越級跳閘的原因及延時切除故障的危害

3.1 越級跳閘的原因探討

3.1.1 在保護定值配合方面

通過上文的闡述可知，煤礦電網屬于短電纜線路所組成的配電網，從地面的變電所將電接入變電所，再到中央變電所和采區變電所，形成了一個串聯的電網。當線路中不同位置出現短路時，由于整個串聯的電網線路較短，不同位置的短路電流通過繼電器，并沒有太明顯的差異，因此，僅僅通過電流的測定和延時定值的方法不能對電網中的短路位置進行判斷，這樣的后果就是造成了過電流無法保護，從而導致越級跳閘事件的發生。再保護器中由于是其定值是按照倍率來調整的，值無法達到精確的程度，也使得上下級的保護定值之間的調整無法達到配合。

3.1.2 在保護電源方面

保護器電源沒有后備電源，它取自于高壓防爆開關內的電壓互感器。當出現短路時，電網中的母線電壓會降低，甚至會影響到保護器的正常工作。這種情況下帶來的后果就是，當出現故障時，保護器不能及時將短路故障切除，從而造成了越級跳閘和其他回路中的失壓脫扣異常發生，最終會帶來大面積停電的故障發生。另外在電網中如果突然有大負荷的投入或者其他異常在成電壓出現波動，也會導致開關的失壓并進行脫扣線圈發生動作，也會造成大面積停電事件的發生。

由此可知，由于不能及時對保護區內的故障進行切除或者隔離，才會最終產生停電等異常事故，根據瞬時電流速斷保護的工作原理可知，整個電路無法被權限速切進行保護。

3.2 延時切除故障所帶來的危害

瞬時電流速斷保護只能對整個線路中的一小段進行保護，而不能對整個電流進行故障的權限速動或者切除，只能通過多段的保護范圍來實現整個電網線路的保護。

如果電網系統對供電的可靠性以及供電質量要求較低時，原有的保護裝置有些進行適當的改造之后就能滿足系統的運行，不需要再另外投入過多的投資。隨著社會經濟水平的不斷上升，以及人們對供電質量的要求越來越高，該種保護方法不僅無法滿足人們的要求甚至已經成為了阻礙配電系統發展的阻礙。經統計，它主要會帶來以下一些危害：

①隨著配電系統線路的短路容量越來越大，故障延時的切除對設備所造成的威脅也會不斷增加。嚴重情況下有可能會帶來電器設備的燒毀等惡性事件;②故障延時切除會引起電網中國電壓穩定性的問題;③故障延時切除，其母線上電壓的下降所持續的事件會越長，這對電網系統中某些對電壓較為敏感的設備會帶來較大的破壞性;④容易造成永久性故障的發生，對電網的穩定運行帶來威脅;⑤如果由于故障點不及時隔離帶來了電網的大面積停電，就會增加了后續困難的排查難度。

4 縱差保護防止越級跳閘的原理

以上圖為例，對縱差保護防止越級跳閘的原理進行說明。圖中5DL、6DL、7DL、8DL和9DL均為聯絡開關，保護時間為0秒級的聯差動保護，在后背保護是有時間的過流保護，按照5DL為0.5S、6DL和7DL為0.35S、8DL為0.2S來設置，其他的開關保護均為0S短路保護。

4.1 聯絡線中的故障動作

在上圖中的d1出現短路時，地面變電所和中壓變電所的聯絡開關5DL、6DL和7DL中都會有短路電流通過，而在其他的開關中不會有短路電流通過。在5DL和6DL之間沒有差電流，此時級聯差保護不會發生動作，而在7DL和8DL之間有短路電流形成，在這兩個聯絡開關中發生動作，對短路的聯絡線進行隔離分開。

4.2 母線中的故障動作

上圖采區變電所的母線為d2，當該線路出現短路時，在d2前面的5DL、6DL、7DL和8DL均會通過短路電流，這些聯絡開關之間的電流沒有差值，也就意味著差動保護不會發生動作。當8DL的過流延時時間，即0.2S結束后，8DL開始進行過電流保護，對故障的母線進行切斷。

4.3 出現時的故障動作

當d3線出現短路時，圖中所有的聯絡開關均會有短路電流通過，這些聯絡開關之間的差電流值大小均相等，差動保護不會發生動作，9DL聯絡開關設置為0S保護動作，對故障線路d3進行切斷。

5 縱差保護的應用

在煤礦企業的供電保護系統中，將縱差保護體現進去，可以為整個供電保護系統提供更加安全的跳閘切斷，不會因為某段線路出現故障而造成越級跳閘，避免事故的范圍擴大。通過線路的設置，將每一級的進線開關和其對應的下一級變電所供電的出現開關以縱差保護的形式連接。當下級變電所中出現線路短路時，上級變電所就可以及時切除故障點，不僅杜絕了事故的進一步擴大，更重要的是杜絕越級跳閘的事件發生，給煤礦企業中的供電提供保障。

6 結語

由于煤礦井下的作業環境非常特殊，一旦出現供電故障時，需要在最快的時間內將故障發生點進行切除，同時要做到不能越級誤動作，避免造成其他沒有故障點的線路也被氣短電源，從而避免井下作業時出現大面積停電的危險事件發生。由于聯動差保護時間為0S，后備保護為帶限時的過流保護方式，能很好地解決跳閘的順序，使得斷電過程有序，給煤礦企業的井下作業提供了用電的保障，保證了煤礦企業安全生產。

參考文獻：

[1]何海歡，陸銳.特高壓直流輸電縱差保護分析及邏輯優化[J].電工技術，2019，000（009）：93-95.

[2]姚明，陳凱平.線路光纖縱差保護原理及調試方法[J].電工技術，2018（3）：135-136.