煤礦井下防越級跳閘的探討.doc

中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（引文版） 工程技術(shù) 2015 年 17 期 243 關(guān)于楊莊煤礦地面、井下變電所防越級跳閘保護系統(tǒng)的探討楊玉兵（ 淮北礦業(yè)集團楊莊煤礦機電科 安徽省淮北市 235000）中圖分類號：TD611文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1671-5659（2015）17-0243-02摘要：楊莊煤礦作為淮北礦區(qū)的衰老礦井之一，開采時間長，供電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的供電方式，地面和井下均采用短電纜出線方式，導(dǎo)致在電纜線路首末端短路時，短路電流相差不大，傳統(tǒng)的整定方式無法區(qū)分電纜短路位置，造成短路、過流保護無法進行配合，從而導(dǎo)致越級跳閘情況的發(fā)生，本方案采用分布式智能速斷原理的防越級跳閘保護系統(tǒng)能較好的解決這一問題，系統(tǒng)能夠自主判斷故障區(qū)段，準(zhǔn)確快速切斷距離故障點最近的故障開關(guān)，以達到防越級跳閘的目的，并且對于母線故障也能夠做到快速切除。 關(guān)鍵詞：越級跳閘 保護器 分布式 智能 ZBT-11C 級聯(lián)縱差1、簡介煤礦供電作為煤礦的“血液”，安全穩(wěn)定的供電對煤礦的正常運行起著至關(guān)重要的作用。一旦出現(xiàn)井下、地面變電所或配電室過流、漏電、接地或者失電等事故，輕則造成生產(chǎn)中斷，重則可能造成巨大的的財產(chǎn)損失和人員傷亡事故。國家安全監(jiān)管總局，國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于加強煤礦機電運輸安全管理工作的通知也進一步指出：“應(yīng)建立煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對礦井供電、提升、運輸、排水、壓風(fēng)、通風(fēng)、采掘、瓦斯抽放等系統(tǒng)機電設(shè)備的遠程監(jiān)測監(jiān)控，提高設(shè)備控制自動化、機電運輸安全管理信息化水平”。 淮北礦業(yè)集團楊莊煤礦于1966年投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力90萬噸/年，后經(jīng)擴建改造生產(chǎn)能力核定為210萬噸/年。與其他大多數(shù)老礦一樣，煤礦的井下電網(wǎng)實際上是一個短距離電纜線路構(gòu)成的供電網(wǎng)，供電方式采取從地面變電所到中央變電所、從中央變電所再到采區(qū)變電所這樣級聯(lián)式的供電網(wǎng)絡(luò)。井下采用短電纜出線方式，在電纜線路首末端短路時，短路電流相差不大，單靠傳統(tǒng)的過流定值加時間延時級差的方法無法區(qū)分是下級變電所的下級電纜短路還是本變電所的電纜短路；造成短路、過流保護無法進行配合，不可避免的造成越級跳閘情況的發(fā)生，特別是當(dāng)?shù)孛嫦蚓鹿╇姷木€路短路保護沒有延時配合，更容易造成井下故障，地面保護先跳閘情況發(fā)生。而作為整定保護“心臟”的高壓開關(guān)綜合保護器是SDZB-W6.3B型保護器存在的問題有、保護可靠性差、時常有誤動和拒動的現(xiàn)象；、保護定值不能連續(xù)可調(diào)，上下級保護無法配合，造成越級跳閘情況的發(fā)生；、不能區(qū)分電壓波動和母線失壓，往往由于雷電或其他回路故障引起的電壓波動造成失壓脫扣，引起大面積停電；、由于漏電保護方案單一，定值調(diào)整粗糙，無法精細整定，造成高壓漏電保護形同虛設(shè)。2、發(fā)生越級跳閘的主要原因按三段式保護理論，短路保護保護到線路全長的80%，帶時延的過流保護作為后備保護保護到下級變電所的開關(guān)以下。而煤礦電網(wǎng)都是短線路，首端短路和線路末端短路，開關(guān)感受到的短路電流基本上一樣，造成上下級變電所短路保護無法進行配合，這樣，就造成下級變電所的線路短路，上下級短路保護都啟動，造成越級跳閘的發(fā)生。對于這種情況，城市配電網(wǎng)的做法是第一級開關(guān)的速斷保護不投入，而采用過流保護通過延時時間進行上下級過流保護的配合。而在煤礦，35KV變電站或110KV變電站是由供電公司管理，而只有下級和下下級6/10KV變電所才由礦上管理，無法實現(xiàn)速斷保護退出，而采用過流保護靠時間級差進行配合的辦法。這也是造成越級跳閘的原因。3、常見越級跳閘解決方案對比分析（1）電流差動法差動保護是根據(jù)“電路中流入節(jié)點電流的總和等于零”原理制成的。差動保護把被保護的電氣設(shè)備看成是一個接點，那么正常時流進被保護設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動電流等于零。當(dāng)設(shè)備出線故障時，流進被保護設(shè)備的電流和流出的電流不相等，差動電流大于零。當(dāng)差動電流大于差動保護裝置的整定值時，保護動作，將被保護設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開，使故障設(shè)備斷開電源。差動保護原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時。電流差動保護需要專用通道。電流差動保護只適用于少數(shù)節(jié)點差動，無法解決開閉所多出線與多進線間的保護配合問題，多層級差動復(fù)雜性和成本也過高。（2）時間級差配合法電流速斷延時法可以解決短路越級跳閘問題，無需額外投資，只需做好保護器延時級差整定即可；但不能適用于地面入井線路控制開關(guān)電流速斷沒有延時的井下供電系統(tǒng)。當(dāng)井下供電系統(tǒng)級數(shù)過多時，總延時超過0.5s可能引起35KV及更上級開關(guān)越級跳閘。（3）系統(tǒng)判別法系統(tǒng)判別法的實現(xiàn)以電力監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)。發(fā)生短路故障時，流過短路電流的節(jié)點上報故障信息，由監(jiān)控系統(tǒng)對運行方式和拓撲結(jié)構(gòu)進行故障點判別，然后再下發(fā)命令使離故障點電源側(cè)最近的開關(guān)跳閘。系統(tǒng)判別法依賴于電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)成本較低。但通信實時性難以保證，實現(xiàn)0秒（或小于35ms）速斷保護比較困難，難以滿足相關(guān)繼電保護標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程要求。（4）地面集中通訊保護法地面通訊保護法通過地面監(jiān)控主機與各個開關(guān)智能保護器進行通訊，讀取全礦所有開關(guān)電流信號，與各個開關(guān)的定值進行比較，判斷短路點的位置，由地面監(jiān)控主機發(fā)出指令，控制短路點上級開關(guān)跳閘切斷短路線路。地面集中保護法的缺點在于：n 工程應(yīng)用不靈活，系統(tǒng)每增加一個供電結(jié)點，這種集中式的保護需要增加相應(yīng)的硬件設(shè)備，決策大腦CPU也得重新設(shè)計保護邏輯，決策CPU的故障會讓整個保護系統(tǒng)失去保護的功能，而且軟件也必須重新作出調(diào)整，可擴展性差；n 整個系統(tǒng)采用大量長距離的信號線和控制線；最后，也是最致命的是，這種系統(tǒng)只有一個“大腦”，“腦死亡”必然會帶來整個系統(tǒng)的崩潰。3、分布式智能速斷原理的防越級跳閘保護系統(tǒng)（1）、原理分析基于以上集中保護的種種缺陷，分布式智能速斷原理的防越級跳閘保護系統(tǒng)能較好的解決這一問題，系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化基因拓撲算法，利用開關(guān)間自主交換故障信息進行協(xié)商的形式，自主判斷故障區(qū)段，實現(xiàn)全網(wǎng)零秒速斷，以達到防越級跳閘的目的，系統(tǒng)具有級聯(lián)縱差保護、母差保護、三段式過流保護、和零延時智能后備保護等防越級跳閘保護功能，系統(tǒng)通過分散安裝的ZBT-11C級聯(lián)縱差保護器搭建的專用保護信息網(wǎng)快速交換信息，能夠快速判斷故障區(qū)段，準(zhǔn)確快速切斷距離故障點最近的故障開關(guān)，以達到防越級跳閘的目的，并且對于母線故障也能夠做到快速切除。（2）、系統(tǒng)構(gòu)成如上圖所示，整套防越級保護系統(tǒng)主要由ZBT-11C級聯(lián)縱差綜合保護器、KJJ156礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機以及礦用光纜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。每個變電所的縱差綜合保護器的差動通訊線連在一起，構(gòu)成一個高速通訊總線接入KJJ156礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機，轉(zhuǎn)發(fā)器間通過光纜連接構(gòu)成高速通訊縱差環(huán)網(wǎng)。此外變電所縱差保護的RS485通訊線也連到一起構(gòu)成485總線接入通訊轉(zhuǎn)發(fā)器或本安型電力分站，借用監(jiān)控通訊網(wǎng)傳到地面電力調(diào)度，對每臺保護的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。（3）、防越級跳閘系統(tǒng)建設(shè)采用分布式智能速斷保護原理，將地面變電所和井下變電所部分保護器更換為具備防越級功能功能的ZBT-11C(KC)綜合保護器，縱差保護作為主保護，零時限智能后備作為遠后備保護，過流保護作為，以徹底避免越級跳閘的發(fā)生。在地面變電所和井下變電所安裝KJJ156礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(關(guān)聯(lián)KDW127/12B礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源)；，通過光纜縱差網(wǎng)絡(luò)將ZBT-11C保護器的級聯(lián)通訊電接口信號轉(zhuǎn)換為光纖數(shù)字信號進行傳輸，搭建專用數(shù)字光纖級聯(lián)通道。4、 分布式智能速斷防越級系統(tǒng)系統(tǒng)主要優(yōu)點a) 實現(xiàn)了聯(lián)絡(luò)線縱差保護、母線差動保護、零時延智能后備保護，實現(xiàn)了全網(wǎng)零秒速斷；b) 保護就地安裝，直接跳閘，可靠性高；c) 滿足井下高開移動大、電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)變化大、互感器變差大的特點； d) 保護功能獨立，便于開關(guān)的移動互換和變電所的擴展，適合礦井的實際要求；e) 進行防越級保護改造時，不破壞開關(guān)的隔爆性能，并且，ZBT-11C級聯(lián)縱差綜合