煤礦供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)的分析及應(yīng)用

殷 鵬

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司新產(chǎn)業(yè)有限公司， 山西 太原 030053）

1 煤礦防越級(jí)跳閘方法

煤礦供電系統(tǒng)一旦發(fā)生多級(jí)開關(guān)跳閘的問題，就會(huì)出現(xiàn)礦山大面積停電現(xiàn)象，這不僅影響著礦上的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)大面積的停電現(xiàn)象嚴(yán)重威脅著礦山工作人員的人身安全。所以為了盡可能地解決此類問題，研究人員將研究的方向逐步朝著避免越級(jí)跳閘的方向轉(zhuǎn)化。產(chǎn)生越級(jí)跳閘的原因較多，但主要是由于線路較短、電路的阻抗值較小、電磁及諧波的干擾較大、整定的方式不合理、電路漏電保護(hù)性能差等[1]。所以在現(xiàn)如今的解決方案中，主要為：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，其原理是將電路兩側(cè)的保護(hù)裝置進(jìn)行縱向連接，當(dāng)發(fā)生線路的短接時(shí)，系統(tǒng)可以快速比較兩側(cè)的相位及電流大小，迅速完成故障位置的確定，然后做出近故障區(qū)的跳閘，達(dá)成故障區(qū)域隔離，防止出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。此方法的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有的理論較為成熟，方法的使用效果不錯(cuò)，只需要在電路系統(tǒng)中安裝相應(yīng)的保護(hù)裝置就可以達(dá)到相應(yīng)的保護(hù)效果。但此方法最大的問題為線路母線的故障無法得到有效的排除，且發(fā)生縱向漏電時(shí)無法鎖定及保護(hù)線路；第二種方法為通信級(jí)聯(lián)閉鎖方法，此方案主要是利用差動(dòng)保護(hù)裝置及網(wǎng)絡(luò)閉鎖相結(jié)合對(duì)越級(jí)跳閘進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)線路發(fā)生短路現(xiàn)象后，短路位置的下降從站由于檢測(cè)不到故障信號(hào)，所以會(huì)差動(dòng)啟動(dòng)，保護(hù)裝置的延時(shí)差動(dòng)時(shí)間約為10～50 ms[2-3]，且向上級(jí)主站傳輸閉鎖信號(hào)。當(dāng)保護(hù)裝置在一定的時(shí)間內(nèi)并沒有接到下級(jí)發(fā)出的閉鎖信號(hào)時(shí)，自動(dòng)解除閉鎖，在本級(jí)及時(shí)進(jìn)行合閘。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)裝置與通信裝置的統(tǒng)一結(jié)合，有效地保證了系統(tǒng)的安全性與可靠性。但此方法需要在保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)加入，所需的工程量較大，且每級(jí)的保護(hù)裝置均需要一定時(shí)間傳輸信息，對(duì)礦山的經(jīng)濟(jì)效益有一定的損失。第三種方法是在GOOSE 的基礎(chǔ)上進(jìn)行防越級(jí)跳閘保護(hù)方案。GOOSE 是一種報(bào)文傳輸機(jī)制，此方案在一定程度上與通信級(jí)聯(lián)閉鎖方法較為類似，但此方法的信息傳輸時(shí)間小于2 ms[4]，明顯高于通信級(jí)聯(lián)閉鎖的傳輸時(shí)間，大幅度減少了時(shí)間的消耗，減小了時(shí)間損耗帶來的危害。相比方案一和方案二，方案三種方案的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，且選擇性與及時(shí)性都有了一定的優(yōu)化。但仍存在一定的缺點(diǎn)，采取方案三時(shí)需要更換井下開關(guān)的保護(hù)裝置，工程量較大，所以三種方案下均具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，所以在進(jìn)行方案選擇時(shí)需要充分考慮礦山自身的情況，選擇合適的防越級(jí)跳閘方案。

圖1 煤礦防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

2 三位一體供電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文介紹的防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)是由防越級(jí)監(jiān)控分站、保護(hù)裝置、輔助信號(hào)源及監(jiān)控服務(wù)器等組成。煤礦防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。礦用的防越級(jí)保護(hù)裝置同時(shí)具備礦山供電保護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控及防越級(jí)跳閘功能。防越級(jí)監(jiān)控分站需要實(shí)現(xiàn)供電的遠(yuǎn)程監(jiān)控及防越級(jí)跳閘監(jiān)控功能。監(jiān)控服務(wù)器需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控及故障的分析記錄報(bào)警等功能。

系統(tǒng)選用了三位一體的防越級(jí)跳閘的解決方法，從短路越級(jí)跳閘、電壓波動(dòng)越級(jí)跳閘和漏電防越級(jí)跳閘等三個(gè)方面對(duì)防越級(jí)跳閘進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)防越級(jí)跳閘實(shí)現(xiàn)了無死角的監(jiān)控。常見的防越級(jí)跳閘事故多為短路防越級(jí)跳閘。三位中的一體意味著防越級(jí)跳閘保護(hù)及常規(guī)保護(hù)的統(tǒng)一；光纖環(huán)網(wǎng)與防越級(jí)跳閘網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一；供電監(jiān)控及防越級(jí)跳閘監(jiān)控的合二為一。三位一體的供電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了井下無人監(jiān)管，提升了防越級(jí)跳閘的可靠性與自動(dòng)性。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）三位一體的供電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性較高、維護(hù)簡(jiǎn)單且成本較低。在井下的光纜極易發(fā)生破壞，維修量較大且維修成本很高，所以本文的三位一體電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)選用光纖環(huán)網(wǎng)復(fù)用技術(shù)，有效地提升了防越級(jí)跳閘的可靠性。

2）系通采用零時(shí)限網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的越級(jí)防跳閘。通過防越級(jí)保護(hù)裝置的分區(qū)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能通信及智能識(shí)別故障區(qū)域，并且零時(shí)限的切斷故障電路，避免了由于短路引起的跳閘。這項(xiàng)技術(shù)主要特點(diǎn)是不依賴后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控分站，而是通過保護(hù)裝置之間自動(dòng)智能組網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，礦用防越級(jí)跳閘將會(huì)自我切斷故障位置的網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)行重新的組網(wǎng)，有效地解決了電流斷電保護(hù)的選擇性、快速性及可靠性之間協(xié)調(diào)問題，防止了短路造成的越級(jí)跳閘。

3）選擇信號(hào)源選線技術(shù)的漏電防越級(jí)跳閘。常見的供電系統(tǒng)中性點(diǎn)均不接點(diǎn)或者在連接消弧線圈后接地，所以常見的漏電選線方法很難保證選線的精確性。三位一體的供電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)選用輔助信號(hào)源介入選線信號(hào)，同時(shí)接入能夠網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的智能選線技術(shù)，保證選線的精確性達(dá)到100%，較好地解決了漏電引起的超級(jí)跳閘問題。

4）電壓智能波動(dòng)識(shí)別技術(shù)是防止電路中電壓發(fā)生波動(dòng)引起的超級(jí)跳閘。三位一體供電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)通過加載電壓波動(dòng)保護(hù)模塊與防越級(jí)跳閘欠壓識(shí)別模塊對(duì)電壓波動(dòng)造成的超級(jí)跳閘進(jìn)行限制，保證了開關(guān)系統(tǒng)的可靠性。

5）根據(jù)智能連跳及拒動(dòng)定位技術(shù)設(shè)計(jì)的開關(guān)拒動(dòng)防越級(jí)跳閘時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)識(shí)別、拒動(dòng)定位等技術(shù)自動(dòng)識(shí)別和組建開關(guān)上級(jí)的聯(lián)動(dòng)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了切除線路中故障線路的可行性，將故障造成的影響降到最低，同時(shí)可以將拒動(dòng)信息及時(shí)的報(bào)警，便于快速解決問題。

6）對(duì)開關(guān)的異常進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)，由于開關(guān)發(fā)生異常造成的事故常有發(fā)生，且發(fā)生故障總是難以發(fā)現(xiàn)。所以本文加入了開關(guān)異常檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到開關(guān)動(dòng)作異常會(huì)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)行報(bào)警檢修，有效的檢測(cè)了開關(guān)動(dòng)作異常，降低了系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率。

7）系統(tǒng)具有供電方式的自我識(shí)別及適應(yīng)功能，可以有效地識(shí)別及適應(yīng)母線分列運(yùn)行、并列運(yùn)行及其他供電方式，保障了越級(jí)跳閘的可靠性。同時(shí)三位一體供電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)可以在地表面對(duì)地下的繼電器保護(hù)值進(jìn)行整定，避免井下人員由于工作失誤而影響供電性能。

2.3 系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在2017 年某礦發(fā)生巷道的片幫，碎石導(dǎo)致移動(dòng)變電站的電纜發(fā)生損壞，發(fā)生相接短路。發(fā)生事故后電路的電流過大超過2 300 A，但是移動(dòng)變電站給采區(qū)35 號(hào)開關(guān)箱的整定值只有400 A。而30 號(hào)高壓開關(guān)箱的總控開關(guān)整定值為1 200 A，采區(qū)上級(jí)變電所的開關(guān)速斷整定值1 600 A，所以此級(jí)的電路速斷整定值全部小于短路電流2 300 A，系統(tǒng)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)開啟，僅在本段的35 號(hào)開關(guān)箱速斷跳閘，本級(jí)開關(guān)箱的總開關(guān)機(jī)上一級(jí)的開關(guān)均未出現(xiàn)跳閘。充分驗(yàn)證了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性。

3 結(jié)語

根據(jù)煤礦供電出現(xiàn)的越級(jí)跳閘故障的原因，設(shè)計(jì)了三位一體供電防越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)，有效地解決了煤礦超級(jí)跳閘現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)設(shè)定值的遠(yuǎn)程整定，實(shí)現(xiàn)了變電所的無人化監(jiān)管，為煤礦供電的安全奠定基礎(chǔ)。