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(hù)系統(tǒng)的探討楊玉兵（ 淮北礦業(yè)集團(tuán)楊莊煤礦機(jī)電科 安徽省淮北市 235000）中圖分類號：TD611文獻(xiàn)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(shí)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(shí)，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(hù)無法進(jìn)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(hù)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(diǎn)最近的故障開關(guān)，以達(dá)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(hù)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(yùn)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(cái)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(qiáng)煤礦機(jī)電運(yùn)輸安全管理工作的通知也進(jìn)一步指出：“應(yīng)建立煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對礦井供電、提升、運(yùn)輸、排水、壓風(fēng)、通風(fēng)、采掘、瓦斯抽放等系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控，提高設(shè)備控制自動(dòng)化、機(jī)電運(yùn)輸安全管理信息化水平”。 淮北礦業(yè)集團(tuán)楊莊煤礦于1966年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬噸/年，后經(jīng)擴(kuò)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(shí)際上是一個(gè)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(shí)，短路電流相差不大，單靠傳統(tǒng)的過流定值加時(shí)間延時(shí)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(hù)無法進(jìn)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(hù)沒有延時(shí)配合，更容易造成井下故障，地面保護(hù)先跳閘情況發(fā)生。而作為整定保護(hù)“心臟”的高壓開關(guān)綜合保護(hù)器是SDZB-W6.3B型保護(hù)器存在的問題有、保護(hù)可靠性差、時(shí)常有誤動(dòng)和拒動(dòng)的現(xiàn)象；、保護(hù)定值不能連續(xù)可調(diào)，上下級保護(hù)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(dòng)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(dòng)造成失壓脫扣，引起大面積停電；、由于漏電保護(hù)方案單一，定值調(diào)整粗糙，無法精細(xì)整定，造成高壓漏電保護(hù)形同虛設(shè)。2、發(fā)生越級跳閘的主要原因按三段式保護(hù)理論，短路保護(hù)保護(hù)到線路全長的80%，帶時(shí)延的過流保護(hù)作為后備保護(hù)保護(hù)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(hù)無法進(jìn)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(hù)都啟動(dòng)，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(hù)不投入，而采用過流保護(hù)通過延時(shí)時(shí)間進(jìn)行上下級過流保護(hù)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(shí)現(xiàn)速斷保護(hù)退出，而采用過流保護(hù)靠時(shí)間級差進(jìn)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(dòng)法差動(dòng)保護(hù)是根據(jù)“電路中流入節(jié)點(diǎn)電流的總和等于零”原理制成的。差動(dòng)保護(hù)把被保護(hù)的電氣設(shè)備看成是一個(gè)接點(diǎn)，那么正常時(shí)流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動(dòng)電流等于零。當(dāng)設(shè)備出線故障時(shí)，流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流不相等，差動(dòng)電流大于零。當(dāng)差動(dòng)電流大于差動(dòng)保護(hù)裝置的整定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，將被保護(hù)設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開，使故障設(shè)備斷開電源。差動(dòng)保護(hù)原理簡單、使用電氣量單純、保護(hù)范圍明確、動(dòng)作不需延時(shí)。電流差動(dòng)保護(hù)需要專用通道。電流差動(dòng)保護(hù)只適用于少數(shù)節(jié)點(diǎn)差動(dòng)，無法解決開閉所多出線與多進(jìn)線間的保護(hù)配合問題，多層級差動(dòng)復(fù)雜性和成本也過高。（2）時(shí)間級差配合法電流速斷延時(shí)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(hù)器延時(shí)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(shí)的井下供電系統(tǒng)。當(dāng)井下供電系統(tǒng)級數(shù)過多時(shí)，總延時(shí)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(shí)現(xiàn)以電力監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)。發(fā)生短路故障時(shí)，流過短路電流的節(jié)點(diǎn)上報(bào)故障信息，由監(jiān)控系統(tǒng)對運(yùn)行方式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行故障點(diǎn)判別，然后再下發(fā)命令使離故障點(diǎn)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(shí)現(xiàn)成本較低。但通信實(shí)時(shí)性難以保證，實(shí)現(xiàn)0秒（或小于35ms）速斷保護(hù)比較困難，難以滿足相關(guān)繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程要求。（4）地面集中通訊保護(hù)法地面通訊保護(hù)法通過地面監(jiān)控主機(jī)與各個(gè)開關(guān)智能保護(hù)器進(jìn)行通訊，讀取全礦所有開關(guān)電流信號，與各個(gè)開關(guān)的定值進(jìn)行比較，判斷短路點(diǎn)的位置，由地面監(jiān)控主機(jī)發(fā)出指令，控制短路點(diǎn)上級開關(guān)跳閘切斷短路線路。地面集中保護(hù)法的缺點(diǎn)在于：n 工程應(yīng)用不靈活，系統(tǒng)每增加一個(gè)供電結(jié)點(diǎn)，這種集中式的保護(hù)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(jì)保護(hù)邏輯，決策CPU的故障會(huì)讓整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)失去保護(hù)的功能，而且軟件也必須重新作出調(diào)整，可擴(kuò)展性差；n 整個(gè)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(gè)“大腦”，“腦死亡”必然會(huì)帶來整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。3、分布式智能速斷原理的防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)（1）、原理分析基于以上集中保護(hù)的種種缺陷，分布式智能速斷原理的防越級跳閘保護(hù)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?fù)渌惴?，利用開關(guān)間自主交換故障信息進(jìn)行協(xié)商的形式，自主判斷故障區(qū)段，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)零秒速斷，以達(dá)到防越級跳閘的目的，系統(tǒng)具有級聯(lián)縱差保護(hù)、母差保護(hù)、三段式過流保護(hù)、和零延時(shí)智能后備保護(hù)等防越級跳閘保護(hù)功能，系統(tǒng)通過分散安裝的ZBT-11C級聯(lián)縱差保護(hù)器搭建的專用保護(hù)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(diǎn)最近的故障開關(guān)，以達(dá)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(hù)系統(tǒng)主要由ZBT-11C級聯(lián)縱差綜合保護(hù)器、KJJ156礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及礦用光纜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。每個(gè)變電所的縱差綜合保護(hù)器的差動(dòng)通訊線連在一起，構(gòu)成一個(gè)高速通訊總線接入KJJ156礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，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(hù)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(hù)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(hù)原理，將地面變電所和井下變電所部分保護(hù)器更換為具備防越級功能功能的ZBT-11C(KC)綜合保護(hù)器，縱差保護(hù)作為主保護(hù)，零時(shí)限智能后備作為遠(yuǎn)后備保護(hù)，過流保護(hù)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(jī)(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(hù)器的級聯(lián)通訊電接口信號轉(zhuǎn)換為光纖數(shù)字信號進(jìn)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(diǎn)a) 實(shí)現(xiàn)了聯(lián)絡(luò)線縱差保護(hù)、母線差動(dòng)保護(hù)、零時(shí)延智能后備保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)零秒速斷；b) 保護(hù)就地安裝，直接跳閘，可靠性高；c) 滿足井下高開移動(dòng)大、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化大、互感器變差大的特點(diǎn)； d) 保護(hù)功能獨(dú)立，便于開關(guān)的移動(dòng)互換和變電所的擴(kuò)展，適合礦井的實(shí)際要求；e) 進(jìn)行防越級保護(hù)改造時(shí)，不破壞開關(guān)的隔爆性能，并且，ZBT-11C級聯(lián)縱差綜合