煤礦供配電系統(tǒng)中防越級(jí)跳閘保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

＊郭 磊

（潞安環(huán)能股份有限公司五陽(yáng)煤礦 山西 046205）

1.分析造成越級(jí)跳閘原因

現(xiàn)今，階段式電流保護(hù)的繼電保護(hù)方式是煤礦供電系統(tǒng)使用的主要的方式，其主要保護(hù)的是用電的安全。電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、限時(shí)速斷保護(hù)組成了三階段式。如果有故障發(fā)生在電力系統(tǒng)中，這些保護(hù)全部失靈不能動(dòng)作，就會(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)的越級(jí)跳閘事故。在電力系統(tǒng)中在不同位置配備不同的保護(hù)方法。電流速斷保護(hù)與過(guò)電流保護(hù)能夠保護(hù)電路末端；臨時(shí)限速斷保護(hù)與限時(shí)速斷保護(hù)共同對(duì)電源的進(jìn)、出線進(jìn)行保護(hù)，三階段式之間一起合作，促使其能正常工作的電力系統(tǒng)得到保障。

流整定值合作與上、下級(jí)之間的時(shí)間差的合作，這兩個(gè)保護(hù)方法是限時(shí)速斷保護(hù)定值的整定在電力系統(tǒng)中保護(hù)的主要內(nèi)容。兩種方式的通力合作，保證電力系統(tǒng)的靈敏性和選擇性。兩個(gè)保護(hù)方式必須同時(shí)作用。煤礦井下電力系統(tǒng)線路屬于短線路，短線路保護(hù)時(shí)間差非常重要。若把0s假設(shè)是線路在下一級(jí)熔斷保護(hù)的時(shí)間，則上一級(jí)在相同的時(shí)間段加上Δt即為熔斷需要的時(shí)間，并在0.3s～0.5s的范圍內(nèi)，結(jié)合電力系統(tǒng)的特性，一般會(huì)選取0.5s這個(gè)時(shí)間點(diǎn)。上、下級(jí)的時(shí)間差的合作保護(hù)了電力系統(tǒng)，以這個(gè)為前提條件，可以預(yù)防故障發(fā)生，達(dá)到對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)目的。

2.防越級(jí)跳閘的系統(tǒng)

(1)解決該問(wèn)題的方案

就煤礦供電工作而言，通常會(huì)在地面與井下形成一高速的供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)信息傳輸速度快，效率高，但易受到外界干擾，對(duì)于這種通訊速率傳輸情況，為了使生產(chǎn)的效率提高和失誤的減少，必須采用先進(jìn)的技術(shù)方案方能得到解決。以下是具體方案：

①智能化網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)方法被引入，對(duì)于煤炭井下電力系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)一種跳閘裝置能夠?qū)崿F(xiàn)短路閉鎖功能，高速光纖通信作為煤礦井下的通信方式，使用電力系統(tǒng)繼電器保護(hù)與參數(shù)檢測(cè)。電力系統(tǒng)與智能化網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)方法之間互相閉鎖、互相保護(hù)，使其能夠被更全面的保護(hù)，在井下能夠有效的防止出現(xiàn)故障。在電力系統(tǒng)中若有故障發(fā)生，與故障點(diǎn)最短距離的開(kāi)關(guān)將會(huì)跳閘，從而對(duì)線路起到了切斷保護(hù)的作用，如有比較大的電流通過(guò)時(shí)，會(huì)有越級(jí)跳閘發(fā)生。發(fā)生越級(jí)跳閘之前會(huì)對(duì)工作人員做出警示的動(dòng)作，提醒其檢查和修理故障部位，使電力系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行得到了保障。

②失壓延時(shí)保護(hù)技術(shù)被使用。網(wǎng)絡(luò)化智能保護(hù)被使用在電力系統(tǒng)中，可以使備用電源被系統(tǒng)所擁有，為滿足電力系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，就要經(jīng)過(guò)控制欠壓帶電或內(nèi)部釋放線圈帶電。為防止電壓波動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，失壓延時(shí)保護(hù)技術(shù)可以避免誤動(dòng)作跳閘，更加有效的保護(hù)了煤礦井下電力系統(tǒng)。失壓延時(shí)技術(shù)的使用，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)維修和恢復(fù)短路系統(tǒng)，使其能在較短的時(shí)間恢復(fù)正常運(yùn)行。

(2)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)

為了降低運(yùn)行成本在電力系統(tǒng)中的比重，可以根據(jù)煤礦供電的實(shí)際情況，對(duì)新的保護(hù)方式進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。動(dòng)作靈敏度高的保護(hù)裝置，要把數(shù)據(jù)盡可能快的傳遞，若有問(wèn)題能第一時(shí)間接收到信號(hào)，有效可靠的保護(hù)措施能夠得到提高。因此采用以下兩種數(shù)據(jù)形式：

①就變電所來(lái)說(shuō)，若2個(gè)保護(hù)裝置，距離比較短并且不為同一裝置，可以用硬芯雙絞線直接相連，這種方式連接不僅使在故障出現(xiàn)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速率提高，而且為電力系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)約了成本。

②當(dāng)相鄰且距離比較遠(yuǎn)的2臺(tái)保護(hù)裝置，這時(shí)就不能采用硬芯雙絞線直接相連，此時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸可以用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，通信信號(hào)的關(guān)聯(lián)建立以以太網(wǎng)為載體，使數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)在兩個(gè)不同保護(hù)裝置之間實(shí)時(shí)的傳遞。進(jìn)而能促進(jìn)電力系統(tǒng)的保護(hù)作用。

(3)組成系統(tǒng)的構(gòu)成部分

就電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，構(gòu)成的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的部分非常復(fù)雜，包括地面監(jiān)控部分、失壓延時(shí)摸塊、變電所監(jiān)控分站、短路閉鎖控制器、智能保護(hù)模塊。不同的模塊擔(dān)任著不同的功能，各模塊之間功能的配合，共同保護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

①地面監(jiān)控部分。由于煤礦井下繁雜的環(huán)境，就需要監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，該部分要對(duì)是否能夠正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)進(jìn)行24h全線監(jiān)控。

②失壓延時(shí)模塊。在電力系統(tǒng)有降低電壓出現(xiàn)時(shí)，為了預(yù)防系統(tǒng)故障延續(xù)導(dǎo)致跳閘，故供電方式是使用欠壓線圈。

③通信監(jiān)控分站。對(duì)煤礦井下電力系統(tǒng)每個(gè)部件能不能運(yùn)行正常進(jìn)行監(jiān)控，并保存監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)發(fā)送給主站。

④短路閉鎖控制器。若有短路現(xiàn)象發(fā)生在電力系統(tǒng)中時(shí)，為了防止越級(jí)跳閘，就需要把設(shè)備的上級(jí)開(kāi)關(guān)閉鎖。

⑤智能化保護(hù)模塊。該模塊依據(jù)電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)智能化的保護(hù)方式。

3.系統(tǒng)工作的依據(jù)

線路發(fā)生故障后，對(duì)電力系統(tǒng)起到保護(hù)作用的所有裝置的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，能避免上一級(jí)電流流到下一級(jí)，使電力系統(tǒng)上一級(jí)不能做出跳閘動(dòng)作，從而保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。短路電流流過(guò)故障開(kāi)關(guān)，故障開(kāi)關(guān)會(huì)將線路快速切斷，對(duì)其余線路進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)而使電流增大的時(shí)間減少。在修理恢復(fù)好短路故障時(shí)，就恢復(fù)了電路中的電流正常流通，讓上一級(jí)開(kāi)關(guān)運(yùn)行后，在正常的規(guī)定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，上一級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)可靠返回，增強(qiáng)了電力系統(tǒng)工作的持久性，性能更好，通常延時(shí)時(shí)間范圍為30-100ms，由于上級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)可靠返回，是要使用在保護(hù)以后的電路。所以，故障的切除、后備電路是以上方法的優(yōu)點(diǎn)，使電力系統(tǒng)能快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

為了某一供電回路分析和選擇，圖1即為煤礦井下防越級(jí)跳閘結(jié)構(gòu)圖。

圖1 煤礦井下防越級(jí)跳閘結(jié)構(gòu)圖

其他變電所和中央變電所存在于防越級(jí)跳閘系統(tǒng)中。以下就是其工作的原理：若有短路故障發(fā)生在井下變電所，且d1即為發(fā)生故障的位置，1#、5#、8#、7#開(kāi)關(guān)不會(huì)影響電流的流通。短路電流的信息被8#開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置所接收，經(jīng)傳達(dá)被短路閉鎖控制器接收，7#總開(kāi)關(guān)信號(hào)接收短路閉鎖控制器發(fā)送的信息，為了線路的保護(hù)，要將速斷保護(hù)閉鎖。根據(jù)以上原理，5#開(kāi)關(guān)接收7#開(kāi)關(guān)傳遞的信息，然后快速熔斷5#開(kāi)關(guān)。

若有故障出現(xiàn)在電路中時(shí)，為了防止造成重大的損失和故障的延伸，應(yīng)在電流信息被防跳閘系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)所接收時(shí)，就把保護(hù)裝置運(yùn)行起來(lái)，保護(hù)電力系統(tǒng)，把故障電路堵截。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，如果出現(xiàn)8#開(kāi)關(guān)失靈時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)故障就會(huì)被7開(kāi)關(guān)清除，確保可以正常使用開(kāi)關(guān)。在發(fā)生短路時(shí)，不同的設(shè)備的放電效果在特定的條件下發(fā)生，協(xié)同保護(hù)電力系統(tǒng)能夠正常的工作，并且電力為井下作業(yè)提供了保障，加強(qiáng)了生產(chǎn)的安全性。

4.防越級(jí)跳閘在實(shí)際應(yīng)用中的案例

對(duì)電力系統(tǒng)中使用的ZBT-11C防越級(jí)跳閘保護(hù)器的保護(hù)效力怎么樣需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)考證。對(duì)實(shí)驗(yàn)ZBT-11C防越級(jí)跳閘保護(hù)器在電力系統(tǒng)中的保護(hù)的結(jié)果進(jìn)行考證。是否有故障存在于實(shí)驗(yàn)中這個(gè)未得到證實(shí)，測(cè)出的信息如下表1所示。

表1 各級(jí)保護(hù)動(dòng)作情況記錄表待核實(shí)

如發(fā)現(xiàn)故障存在于電力系統(tǒng)后，由于變電區(qū)的不同而表現(xiàn)的也不相同。在東采區(qū)，3#變電所3#水泵和3#變電所02#的高開(kāi)電流就不一樣，前者的高開(kāi)電流達(dá)到400A需要很短的時(shí)間，后者的高開(kāi)電流為800A,比前者的更大，而中央變電流最大的是10#高開(kāi)02#線，其電流為1800A，并比保護(hù)電流的最小電流都小。

位于02#高開(kāi)10#和2#高開(kāi)、428開(kāi)關(guān)的煤礦東采區(qū)3#變電所而言，仍然保持工作的穩(wěn)定性，沒(méi)有跳閘故障的發(fā)生在檢測(cè)的結(jié)果中表現(xiàn)出來(lái)。這就表明電力系統(tǒng)在使用防越級(jí)跳閘后能夠很好的阻止跳閘故障的發(fā)生。實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)就只有出現(xiàn)在采區(qū)3#變電所10#高開(kāi)，電力系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)跳閘，其結(jié)果證實(shí)了設(shè)計(jì)的電力保護(hù)系統(tǒng)。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文主要分析的是煤礦井下電力系統(tǒng)，防跳閘系統(tǒng)依據(jù)的組成原理也在本文中重點(diǎn)介紹，并把系統(tǒng)期待保護(hù)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來(lái)，并實(shí)驗(yàn)了防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，為了跳閘次數(shù)的減少和減少停電的面積應(yīng)使用設(shè)計(jì)的期待保護(hù)電力系統(tǒng)，使安全的使用電和煤礦安全的生產(chǎn)得到保障。