供配電安全技術(shù)-第7講煤礦防越級跳閘系統(tǒng)及數(shù)字化變電站

1、供配電安全技術(shù)第七講:煤礦防越級跳閘系統(tǒng)及數(shù)字化變電站中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院電氣安全與智能電器研究所劉建華1 1、短路越級跳閘、短路越級跳閘煤礦高壓供電存在如下特點(diǎn)：煤礦高壓供電存在如下特點(diǎn)：q短線路較多n有的下井線路僅有100-500米；n采區(qū)變到配電點(diǎn)僅有50-500米q下井線路經(jīng)過的開關(guān)級數(shù)多n地面-井下中央-采區(qū)-配電點(diǎn)q電力系統(tǒng)給定的速斷定時限短（1-2秒）q井下高壓開關(guān)一般均裝設(shè)速斷保護(hù)q井下高壓開關(guān)一般均裝設(shè)有低電壓保護(hù)短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因1 1整定方法不合理整定方法不合理q速斷保護(hù)按躲過最大負(fù)荷電流整定，比按短路電流整定得到的值要小得多，發(fā)生短路后沿線保護(hù)均

2、啟動，跳閘取決于開關(guān)的機(jī)械特性。解決方法解決方法q正確整定短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因2 2短線路造成保護(hù)定值無法區(qū)分短線路造成保護(hù)定值無法區(qū)分q短線路短路電流的變化平緩，始末端短路電流差值小，按躲過線路末端最大短路電流整定，一般保護(hù)靈敏度1。q電力系統(tǒng)規(guī)程建議在靈敏度小于1的情況下不適宜裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但是煤炭規(guī)程規(guī)定井下必須裝設(shè)速斷保護(hù)，不準(zhǔn)甩掉不用。q此時一般按同一靈敏系數(shù)法整定，造成線路在最小運(yùn)行方式下有保護(hù)范圍，然而在最大運(yùn)行方式下可能發(fā)生越級跳閘。解決方法解決方法q在短線路增設(shè)限流電抗器，注意端電壓、井下條件限制。q改變保護(hù)原理：差動保護(hù)短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因2 2

3、短線路造成保護(hù)定值無法區(qū)分短線路造成保護(hù)定值無法區(qū)分短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因3 3系統(tǒng)的運(yùn)行方式差異較大系統(tǒng)的運(yùn)行方式差異較大q系統(tǒng)運(yùn)行方式差異較大，按躲過線路末端最大短路電流整定，一般保護(hù)靈敏度1。q電力系統(tǒng)規(guī)程建議在靈敏度小于1的情況下不適宜裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但是煤炭規(guī)程規(guī)定井下必須裝設(shè)速斷保護(hù)，不準(zhǔn)甩掉不用。q此時一般按同一靈敏系數(shù)法整定，造成線路在最小運(yùn)行方式下有保護(hù)范圍，然而在最大運(yùn)行方式下可能發(fā)生越級跳閘。解決方法解決方法q電力自動化系統(tǒng)：隨運(yùn)行方式切換保護(hù)定值q改變保護(hù)原理：差動保護(hù)短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因3 3系統(tǒng)的運(yùn)行方式差異較大系統(tǒng)的運(yùn)行方式差異較大短路越級

4、跳閘原因短路越級跳閘原因4 4短路電流過大短路電流過大q短路電流超出了保護(hù)裝置短路電流的最大保護(hù)范圍（現(xiàn)在井下高壓綜保一般為10倍），如線路末端母線的最大三相短路電流為3340A,而線路的CT的變比為200/5，也就是保護(hù)的最大電流只能選取2000A。解決方法解決方法q改變CT變比q加裝限流電抗器q改變保護(hù)原理：差動保護(hù)短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因5 5失壓保護(hù)延時難以整定導(dǎo)致的失壓保護(hù)延時難以整定導(dǎo)致的“越級跳閘越級跳閘”q大多井下保護(hù)器的失壓保護(hù)動作延時不能整定，為瞬動，另外部分失壓脫扣動作值不準(zhǔn)確。饋線距離母線很近的地方發(fā)生短路故障時母線電壓短時失壓，該段母線上其他開關(guān)的失壓保護(hù)誤動

5、作導(dǎo)致“越級跳閘” 。解決方法解決方法q選擇具有失壓保護(hù)延時可整定或具有延時的保護(hù)裝置；q改變保護(hù)原理：差動保護(hù)短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因6 6開關(guān)拒動開關(guān)拒動q煤礦井下高爆開關(guān)質(zhì)量參差不齊，開關(guān)動作速度差異較大，開關(guān)質(zhì)量差異較大。解決方法解決方法q保證開關(guān)質(zhì)量2 2、漏電保護(hù)無選擇性跳閘、漏電保護(hù)無選擇性跳閘煤礦80%以上供電事故均為單相接地故障造成中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單線路單相接地故障判定存在技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)單相接地故障判定原理較多中性點(diǎn)接地方式較多單相接地故障危害嚴(yán)重q事故擴(kuò)大為短路，降低供電可靠性q事故引發(fā)過電壓，導(dǎo)致事故擴(kuò)大漏電保護(hù)誤動或拒動原因漏電保護(hù)誤動或拒動原因1 1高壓漏電保

6、護(hù)選擇性原理有效性高壓漏電保護(hù)選擇性原理有效性q零序過電流原理：適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，且各出線電容電流差別不大。q零序無功方向型原理：適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。q零序有功方向型原理：適用于中性點(diǎn)經(jīng)并或串阻尼的消弧線圈接地。q五次諧波原理：適用于中性點(diǎn)各種接地形式，但靈敏度較低，不適合單條線路應(yīng)用。解決方法解決方法q根據(jù)系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式，選擇具有正確原理的保護(hù)裝置。漏電保護(hù)誤動或拒動原因漏電保護(hù)誤動或拒動原因1- 1-保護(hù)原理保護(hù)原理以母線流向線路電流方向為正.11cII漏電保護(hù)誤動或拒動原因漏電保護(hù)誤動或拒動原因1- 1-保護(hù)原理保護(hù)原理以母線流向線路電流方向為正.11.22ccIIII漏電

7、保護(hù)誤動或拒動原因漏電保護(hù)誤動或拒動原因1- 1-保護(hù)原理保護(hù)原理.11.22.312()ccccIIIIIII漏電保護(hù)誤動或拒動原因漏電保護(hù)誤動或拒動原因1- 1-保護(hù)原理保護(hù)原理.312.123.3123()()()()ccLcccLRcccRIIIIIIIIIIIIII 漏電保護(hù)誤動或拒動原因漏電保護(hù)誤動或拒動原因2 2高壓漏電保護(hù)高壓漏電保護(hù)整定方法不合理整定方法不合理q井下高壓漏電保護(hù)同一條線路應(yīng)按時限保證選擇性。q零序過電流原理：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)應(yīng)按躲過本支路電容電流整定。解決方法解決方法q正確整定漏電保護(hù)誤動或拒動原因漏電保護(hù)誤動或拒動原因3 3接線不正確接線不正確q選擇性原理

8、必須依靠電壓與電流方向的判別。q電壓互感器零序電壓加、減極性接法不一。q誤以為漏電試驗動作即檢驗了漏電保護(hù)可靠。解決方法解決方法q做經(jīng)電阻接地或直接接地試驗驗證接線正確性。Q SQ ST VQ FACB零序電流互感器自檢線圈10匝電 網(wǎng) 地A C 100VA C 100VU 02abcK 2K 1MS10uF/400V200/30W漏電試驗按鈕L H 1G N D復(fù)位按鈕G N DFW 從地面到井下所有變電所連接線上光纖縱差保護(hù)q線路縱差保護(hù)作為線路的主保護(hù)q過流II段為后備保護(hù)q高爆綜合保護(hù)應(yīng)改造為具有光纖差動保護(hù)的微機(jī)保護(hù)測控單元q地面到井下所有變電所連接光纖防越級跳閘系統(tǒng)縱差保護(hù)原理防越

9、級跳閘系統(tǒng)縱差保護(hù)原理正常運(yùn)行和線路外部故障時正常運(yùn)行和線路外部故障時線路內(nèi)部故障線路內(nèi)部故障bPJIIII 22222JdJIIIIII雙端供電單端供電（）（）防越級跳閘系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)防越級跳閘系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)q改造簡單。缺點(diǎn)缺點(diǎn)q僅能實(shí)現(xiàn)短路防越級，無法解決漏電無選擇性問題；q無法實(shí)現(xiàn)母線短路速斷保護(hù)，靠后備保護(hù)動作，存在一定危險性。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的核心。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的核心。智能變電站（數(shù)字化變電站）智能變電站（數(shù)字化變電站） 數(shù)字化變電站數(shù)字化變電站q數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分三層構(gòu)建，即站控層、間隔層、過程層，兩級網(wǎng)

10、絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息數(shù)字化共享和互操作，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化二次功能、程序化操作、狀態(tài)檢修、電網(wǎng)故障分析隔離等功能的智能化的變電站。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：一次設(shè)備智能化二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完備化信息交換標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行控制自動化信息展示可視化分析決策在線化設(shè)備檢修狀態(tài)化保護(hù)決策協(xié)同化設(shè)備安裝就地化系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)一化二次系統(tǒng)一體化數(shù)字化變電站設(shè)計模式數(shù)字化變電站設(shè)計模式1 1 僅站控層遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。q全國約有400座此類變電站。q通常認(rèn)為，這種僅站控層遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站，在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟。在浙江、湖北、廣東等地已經(jīng)作為新建或改造變電站的基本要求（如浙江海寧500kV變電站）。q這種模

11、式變電站仍屬于常規(guī)性質(zhì)的變電站設(shè)計。數(shù)字化變電站設(shè)計模式數(shù)字化變電站設(shè)計模式2 2 站控層遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、過程層采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)。 一次設(shè)備采用常規(guī)互感器，在技術(shù)上規(guī)避了電子式互感器不成熟的風(fēng)險，成本也相對較低。 在華東等地區(qū)有應(yīng)用（如浙江蘭溪500kV變電站、浙江外陳220kV變電站）。 這種變電站屬于一種過渡性的變電站設(shè)計模式。數(shù)字化變電站設(shè)計模式數(shù)字化變電站設(shè)計模式3- 3-全數(shù)字化全數(shù)字化 站控層遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、過程層采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)。 過程層設(shè)備全部為電子式CT/PT及智能開關(guān)。對110kV以下電網(wǎng)可 采用電子式互感器。數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)自動化變電站比較數(shù)字化

12、變電站與傳統(tǒng)自動化變電站比較GOOSEGOOSE網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)什么是什么是GOOSEGOOSE及特點(diǎn)？及特點(diǎn)？ GOOSE：面向?qū)ο蟮淖冸娬就ㄓ檬录℅eneric Object Oriented Substation Event ） 是IEC61850定義用于快速和可靠傳送變電站自動化系統(tǒng)中實(shí)時性要求高的信息事件的通信模型。為什么需要為什么需要GOOSEGOOSE？ 在運(yùn)行中，由于系統(tǒng)發(fā)生故障保護(hù)會產(chǎn)生：啟動、跳閘、重合等動作；運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時出現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、一次設(shè)備被控制切換會產(chǎn)生：啟動、停止、閉鎖、解鎖、觸發(fā)、解除、狀態(tài)變化等動作及信號。 以前這些快速動作命令信號基本上由繼電器完成，隨著信息化

13、、數(shù)字化的技術(shù)進(jìn)步發(fā)展，改由通信技術(shù)完成。非常規(guī)互感器非常規(guī)互感器非常規(guī)互感器優(yōu)點(diǎn)非常規(guī)互感器優(yōu)點(diǎn) 優(yōu)良的絕緣性能，造價低。 不含鐵心，消除了磁飽和、鐵磁諧振等問題。 低壓側(cè)無開路高壓危險。 暫態(tài)響應(yīng)范圍大。 頻率響應(yīng)范圍寬。 沒有因充油而產(chǎn)生易燃、易爆炸等危險。 體積小、重量輕，運(yùn)輸方便。 抗電磁干擾能力強(qiáng)。 由于信息載體是光，用光纖傳輸信號，因此具有光學(xué)敏感和光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，例如耐腐蝕、耐老化等。 適應(yīng)了電力計量與保護(hù)數(shù)字化、微機(jī)化和自動化發(fā)展的潮流。電子式電流互感器電子式電流互感器ECTECTkv系列kv系列電子式電流互感器電子式電流互感器開關(guān)柜安裝的小信號模擬量輸出的電子互感器開關(guān)柜安

14、裝的小信號模擬量輸出的電子互感器防越級跳閘系統(tǒng)：地面數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：地面數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：井下數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：井下數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式 特點(diǎn)：特點(diǎn)：q基于數(shù)字化變電站模式，三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩層網(wǎng)絡(luò)。q具有數(shù)字化變電站典型特點(diǎn)，符合發(fā)展趨勢。q地面井下一體數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方案。 過程層設(shè)備：過程層設(shè)備：綜合保護(hù)測控合并智能終端綜合保護(hù)測控合并智能終端q采用傳統(tǒng)PT/CT。q高爆開關(guān)中安裝具有光纖通訊的綜合保護(hù)測控合并智能終端，通信網(wǎng)絡(luò)正常時，起數(shù)字化變電站合并器作用，當(dāng)雙光纖網(wǎng)絡(luò)斷開時，起微機(jī)綜合保

15、護(hù)作用。q過程層與間隔層之間網(wǎng)絡(luò)：將IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的GOOSE網(wǎng)、采樣值網(wǎng)、GPS同步網(wǎng)三網(wǎng)合一，集成在同一對光纖通道（雙重化）上實(shí)現(xiàn) ；以礦用光纖網(wǎng)絡(luò)接入分站為核心構(gòu)成（單臺可接入最多39臺智能終端）。防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式 間隔層設(shè)備：集成保護(hù)裝置間隔層設(shè)備：集成保護(hù)裝置q基于最新超大規(guī)模FPGA和多DSP內(nèi)核并行處理技術(shù) ，計算能力相當(dāng)于100余臺微機(jī)保護(hù)裝置的保護(hù)主機(jī)。q針對煤礦井下線路短，短路電流大的特點(diǎn)，開發(fā)了CT飽和識別技術(shù)，能避免穿越性故障時由于CT飽和導(dǎo)致的光差誤動。q功能軟件化：保護(hù)功能軟件化（可自由配置開關(guān)需要的軟件功能，如線路縱差、母線縱差等），故障錄波軟件化（支持高達(dá)20次諧波分析，保存多達(dá)4096條故障記錄， 32套全網(wǎng)故障時的波形），接地選線軟件化。q線路縱差保護(hù)動作速度快，平均動作速度小于25ms。防越級跳閘系