淺析基于以太網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)

丁雨

摘 要：該文根據(jù)我國煤礦高壓電網(wǎng)短路保護(hù)的現(xiàn)狀，提出一種基于以太網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)，在井下控制開關(guān)原有的智能保護(hù)器中增加了通信接口模塊，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)集中控制，最終實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)的目的。

關(guān)鍵詞：煤礦 高壓電網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng) 選擇性 短路保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0051-02

隨著我國煤礦自動(dòng)化程度越來越高，供電系統(tǒng)越來越復(fù)雜，在井下這種特殊環(huán)境中，維護(hù)供電安全及穩(wěn)定成為工礦企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的重點(diǎn)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下由采區(qū)變電所、移動(dòng)變電站或配電點(diǎn)引出的饋電線上應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)裝置。因此煤礦供電系統(tǒng)的短路保護(hù)必須靈敏可靠，并且為了防止發(fā)生短路故障時(shí)出現(xiàn)越級(jí)跳閘，井下短路保護(hù)還須具有選擇性。基于以太網(wǎng)的礦井高壓選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)是針對(duì)目前煤礦井下高壓供電系統(tǒng)（6 kV或10 kV）因配電線路長導(dǎo)致的無法實(shí)現(xiàn)可靠的短路保護(hù)進(jìn)而發(fā)生越級(jí)跳閘、單相接地等故障而設(shè)計(jì)的保護(hù)方案，其對(duì)礦井供電的可靠性和井下工人的安全有重要意義。

1 短路保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)所需功能以及一般短路保護(hù)的缺點(diǎn)，確定了電網(wǎng)實(shí)施電流差縱保護(hù)系統(tǒng)，此保護(hù)不需要上下級(jí)之間的配合，不存在動(dòng)作電流整定值的問題，而且能滿足動(dòng)作的速斷性和選擇性。

1.1 電流差縱保護(hù)

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)選擇性跳閘，如圖1所示，當(dāng)2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，2點(diǎn)所在的干路電流會(huì)增大，而支路的電流幾乎為零，2點(diǎn)斷路器應(yīng)該無延時(shí)跳閘。當(dāng)1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障電流流過2點(diǎn)，為避免發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，采用0.1 s的延時(shí)，1點(diǎn)故障排除后系統(tǒng)恢復(fù)正常，2點(diǎn)不會(huì)跳閘。當(dāng)母線3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，2點(diǎn)斷路器應(yīng)該無延時(shí)跳閘，但也延時(shí)0.1 s，是個(gè)隱患。所以我們采用電流向量差來區(qū)別1點(diǎn)和3點(diǎn)的短路故障，即△I=I0-I1-I2-I3。電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)是基于基爾霍夫定律的一種判據(jù)，以母線作為結(jié)點(diǎn)流入結(jié)點(diǎn)的電流和流出結(jié)點(diǎn)的電流是相等的。因此當(dāng)1點(diǎn)故障時(shí)△I=0，當(dāng)3故障時(shí)△I≠0而且△I≈I0。

由于下井電纜線路屬于單向供電，所以正常電流和短路電流都是自上而下流動(dòng)，可以從幅值的角度對(duì)縱差保護(hù)動(dòng)作特性進(jìn)行分析。如圖2所示，|I0|分別為1、2短路點(diǎn)電流幅值，其中k=|I0|/|I0|，下面論述第一象限四個(gè)分區(qū)的含義：

A表示K>>2，即|I0|很大，|I2|卻很小，說明圖中3點(diǎn)母線上發(fā)生短路，此時(shí)干路的斷路器應(yīng)該無延時(shí)地?cái)嚅_。B表示12，這是正常運(yùn)行狀態(tài)。D表示|I0|<|I2|，E區(qū)表示|I0|、|I0|都極小，這兩種情況都是不可能出現(xiàn)的，所以視作空白區(qū)域。

綜上所述，正常情況下利用根據(jù)具體系統(tǒng)參數(shù)整定的K值和電流幅值即可實(shí)現(xiàn)沒有延時(shí)的縱向短路保護(hù)選擇性。但是考慮到極端情況下，支路電流在正常運(yùn)行情況下接近干路電流，那就進(jìn)入了B區(qū)工作狀態(tài)，這種情況下需要對(duì)保護(hù)進(jìn)行延時(shí)0.1 s的處理，使保護(hù)不會(huì)因?yàn)榇酥范搪范l(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

1.2 全電網(wǎng)短路保護(hù)系統(tǒng)

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)電流差縱保護(hù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)礦井供電線路全電網(wǎng)進(jìn)行智能監(jiān)控。如圖3所示，要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)距離供電線路的監(jiān)控作用，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置為：保護(hù)裝置內(nèi)利用縱差保護(hù)原理對(duì)配電處進(jìn)行短路保護(hù)；同時(shí)將智能保護(hù)器內(nèi)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用以太網(wǎng)傳送給系統(tǒng)分機(jī)再傳送給主機(jī)，主機(jī)在接受各個(gè)分機(jī)數(shù)據(jù)的同時(shí)計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)利用軟件確保主機(jī)顯示為統(tǒng)一時(shí)刻的電網(wǎng)電流。這樣，當(dāng)保護(hù)裝置在一定時(shí)間內(nèi)無動(dòng)作，經(jīng)過主機(jī)簡單的邏輯判斷，既可實(shí)現(xiàn)選擇性短路保護(hù)的作用。

2 全電網(wǎng)短路保護(hù)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方法

整個(gè)短路保護(hù)系統(tǒng)需要監(jiān)控的支路很多，需要系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理有較強(qiáng)的能力，且動(dòng)作時(shí)間短，故選用DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）作為分機(jī)數(shù)據(jù)處理的核心。并將數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)上傳至控制主機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)短路實(shí)時(shí)保護(hù)。

2.1 分機(jī)數(shù)據(jù)處理器

系統(tǒng)輸入信號(hào)是電網(wǎng)中被監(jiān)測(cè)的母線相電流、支路相電流，輸入信號(hào)開關(guān)內(nèi)部智能保護(hù)器送入DSP芯片CPU中，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理、運(yùn)算，并對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷等操作，通過RS-485接口將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程顯示面板，通過安裝以太網(wǎng)模塊可以實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，可方便查找和排除故障。

2.2 工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)是基于國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3的開放式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_(dá)1024站，距離可達(dá)1.5 km（電氣網(wǎng)絡(luò)）或200 km（光纖網(wǎng)絡(luò)），其傳輸速率高，占用總線時(shí)間極短。

為了將DSP接入以太網(wǎng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)安裝以太網(wǎng)網(wǎng)卡，DSP應(yīng)配備以太網(wǎng)模塊CP-243-1或互聯(lián)網(wǎng)模塊CP-243-1 IT?？梢杂靡蕴W(wǎng)向?qū)Ш鸵蛱鼐W(wǎng)向?qū)渲脤?duì)應(yīng)的連接模塊。使用以太網(wǎng)時(shí)，在編程軟件中應(yīng)配置TCP/IP，在“通信”對(duì)話框中，應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行指定遠(yuǎn)程IP地址。通過工業(yè)以太網(wǎng)和SETP 7 Micro/WIN，可以實(shí)現(xiàn)分機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程編程，組態(tài)和診斷。

3 結(jié)語

根據(jù)井下供電電網(wǎng)現(xiàn)狀，該文提出了一種基于以太網(wǎng)絡(luò)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)不僅解決了煤礦電網(wǎng)短路危害，增強(qiáng)了電網(wǎng)供電的可靠性與安全性，避免了因電網(wǎng)短路造成礦井大面積停電現(xiàn)象，同時(shí)提高了煤礦自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了高壓電站無人值守的目的。是對(duì)工礦企業(yè)供電保護(hù)的新探索，將工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于礦井供電系統(tǒng)中是礦井供電監(jiān)控新的思路，需要實(shí)際應(yīng)用來驗(yàn)證其可靠性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張凱.基于防爆工業(yè)以太網(wǎng)的煤礦安全多元素信息監(jiān)管系統(tǒng)[J].中州煤炭，2009（2）.

[2] 史麗萍.基于CAN網(wǎng)通信的選擇性短路保護(hù)的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011（8）.

[2] 黃紹平.低壓配電系統(tǒng)短路保護(hù)選擇性配合[J].電氣開關(guān)，1996（2）.

摘 要：該文根據(jù)我國煤礦高壓電網(wǎng)短路保護(hù)的現(xiàn)狀，提出一種基于以太網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)，在井下控制開關(guān)原有的智能保護(hù)器中增加了通信接口模塊，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)集中控制，最終實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)的目的。

關(guān)鍵詞：煤礦 高壓電網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng) 選擇性 短路保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0051-02

隨著我國煤礦自動(dòng)化程度越來越高，供電系統(tǒng)越來越復(fù)雜，在井下這種特殊環(huán)境中，維護(hù)供電安全及穩(wěn)定成為工礦企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的重點(diǎn)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下由采區(qū)變電所、移動(dòng)變電站或配電點(diǎn)引出的饋電線上應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)裝置。因此煤礦供電系統(tǒng)的短路保護(hù)必須靈敏可靠，并且為了防止發(fā)生短路故障時(shí)出現(xiàn)越級(jí)跳閘，井下短路保護(hù)還須具有選擇性?；谝蕴W(wǎng)的礦井高壓選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)是針對(duì)目前煤礦井下高壓供電系統(tǒng)（6 kV或10 kV）因配電線路長導(dǎo)致的無法實(shí)現(xiàn)可靠的短路保護(hù)進(jìn)而發(fā)生越級(jí)跳閘、單相接地等故障而設(shè)計(jì)的保護(hù)方案，其對(duì)礦井供電的可靠性和井下工人的安全有重要意義。

1 短路保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)所需功能以及一般短路保護(hù)的缺點(diǎn)，確定了電網(wǎng)實(shí)施電流差縱保護(hù)系統(tǒng)，此保護(hù)不需要上下級(jí)之間的配合，不存在動(dòng)作電流整定值的問題，而且能滿足動(dòng)作的速斷性和選擇性。

1.1 電流差縱保護(hù)

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)選擇性跳閘，如圖1所示，當(dāng)2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，2點(diǎn)所在的干路電流會(huì)增大，而支路的電流幾乎為零，2點(diǎn)斷路器應(yīng)該無延時(shí)跳閘。當(dāng)1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障電流流過2點(diǎn)，為避免發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，采用0.1 s的延時(shí)，1點(diǎn)故障排除后系統(tǒng)恢復(fù)正常，2點(diǎn)不會(huì)跳閘。當(dāng)母線3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，2點(diǎn)斷路器應(yīng)該無延時(shí)跳閘，但也延時(shí)0.1 s，是個(gè)隱患。所以我們采用電流向量差來區(qū)別1點(diǎn)和3點(diǎn)的短路故障，即△I=I0-I1-I2-I3。電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)是基于基爾霍夫定律的一種判據(jù)，以母線作為結(jié)點(diǎn)流入結(jié)點(diǎn)的電流和流出結(jié)點(diǎn)的電流是相等的。因此當(dāng)1點(diǎn)故障時(shí)△I=0，當(dāng)3故障時(shí)△I≠0而且△I≈I0。

由于下井電纜線路屬于單向供電，所以正常電流和短路電流都是自上而下流動(dòng)，可以從幅值的角度對(duì)縱差保護(hù)動(dòng)作特性進(jìn)行分析。如圖2所示，|I0|分別為1、2短路點(diǎn)電流幅值，其中k=|I0|/|I0|，下面論述第一象限四個(gè)分區(qū)的含義：

A表示K>>2，即|I0|很大，|I2|卻很小，說明圖中3點(diǎn)母線上發(fā)生短路，此時(shí)干路的斷路器應(yīng)該無延時(shí)地?cái)嚅_。B表示12，這是正常運(yùn)行狀態(tài)。D表示|I0|<|I2|，E區(qū)表示|I0|、|I0|都極小，這兩種情況都是不可能出現(xiàn)的，所以視作空白區(qū)域。

綜上所述，正常情況下利用根據(jù)具體系統(tǒng)參數(shù)整定的K值和電流幅值即可實(shí)現(xiàn)沒有延時(shí)的縱向短路保護(hù)選擇性。但是考慮到極端情況下，支路電流在正常運(yùn)行情況下接近干路電流，那就進(jìn)入了B區(qū)工作狀態(tài)，這種情況下需要對(duì)保護(hù)進(jìn)行延時(shí)0.1 s的處理，使保護(hù)不會(huì)因?yàn)榇酥范搪范l(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

1.2 全電網(wǎng)短路保護(hù)系統(tǒng)

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)電流差縱保護(hù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)礦井供電線路全電網(wǎng)進(jìn)行智能監(jiān)控。如圖3所示，要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)距離供電線路的監(jiān)控作用，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置為：保護(hù)裝置內(nèi)利用縱差保護(hù)原理對(duì)配電處進(jìn)行短路保護(hù)；同時(shí)將智能保護(hù)器內(nèi)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用以太網(wǎng)傳送給系統(tǒng)分機(jī)再傳送給主機(jī)，主機(jī)在接受各個(gè)分機(jī)數(shù)據(jù)的同時(shí)計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)利用軟件確保主機(jī)顯示為統(tǒng)一時(shí)刻的電網(wǎng)電流。這樣，當(dāng)保護(hù)裝置在一定時(shí)間內(nèi)無動(dòng)作，經(jīng)過主機(jī)簡單的邏輯判斷，既可實(shí)現(xiàn)選擇性短路保護(hù)的作用。

2 全電網(wǎng)短路保護(hù)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方法

整個(gè)短路保護(hù)系統(tǒng)需要監(jiān)控的支路很多，需要系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理有較強(qiáng)的能力，且動(dòng)作時(shí)間短，故選用DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）作為分機(jī)數(shù)據(jù)處理的核心。并將數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)上傳至控制主機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)短路實(shí)時(shí)保護(hù)。

2.1 分機(jī)數(shù)據(jù)處理器

系統(tǒng)輸入信號(hào)是電網(wǎng)中被監(jiān)測(cè)的母線相電流、支路相電流，輸入信號(hào)開關(guān)內(nèi)部智能保護(hù)器送入DSP芯片CPU中，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理、運(yùn)算，并對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷等操作，通過RS-485接口將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程顯示面板，通過安裝以太網(wǎng)模塊可以實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，可方便查找和排除故障。

2.2 工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)是基于國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3的開放式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_(dá)1024站，距離可達(dá)1.5 km（電氣網(wǎng)絡(luò)）或200 km（光纖網(wǎng)絡(luò)），其傳輸速率高，占用總線時(shí)間極短。

為了將DSP接入以太網(wǎng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)安裝以太網(wǎng)網(wǎng)卡，DSP應(yīng)配備以太網(wǎng)模塊CP-243-1或互聯(lián)網(wǎng)模塊CP-243-1 IT?？梢杂靡蕴W(wǎng)向?qū)Ш鸵蛱鼐W(wǎng)向?qū)渲脤?duì)應(yīng)的連接模塊。使用以太網(wǎng)時(shí)，在編程軟件中應(yīng)配置TCP/IP，在“通信”對(duì)話框中，應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行指定遠(yuǎn)程IP地址。通過工業(yè)以太網(wǎng)和SETP 7 Micro/WIN，可以實(shí)現(xiàn)分機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程編程，組態(tài)和診斷。

3 結(jié)語

根據(jù)井下供電電網(wǎng)現(xiàn)狀，該文提出了一種基于以太網(wǎng)絡(luò)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)不僅解決了煤礦電網(wǎng)短路危害，增強(qiáng)了電網(wǎng)供電的可靠性與安全性，避免了因電網(wǎng)短路造成礦井大面積停電現(xiàn)象，同時(shí)提高了煤礦自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了高壓電站無人值守的目的。是對(duì)工礦企業(yè)供電保護(hù)的新探索，將工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于礦井供電系統(tǒng)中是礦井供電監(jiān)控新的思路，需要實(shí)際應(yīng)用來驗(yàn)證其可靠性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張凱.基于防爆工業(yè)以太網(wǎng)的煤礦安全多元素信息監(jiān)管系統(tǒng)[J].中州煤炭，2009（2）.

[2] 史麗萍.基于CAN網(wǎng)通信的選擇性短路保護(hù)的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011（8）.

[2] 黃紹平.低壓配電系統(tǒng)短路保護(hù)選擇性配合[J].電氣開關(guān)，1996（2）.

摘 要：該文根據(jù)我國煤礦高壓電網(wǎng)短路保護(hù)的現(xiàn)狀，提出一種基于以太網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)，在井下控制開關(guān)原有的智能保護(hù)器中增加了通信接口模塊，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)集中控制，最終實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)的目的。

關(guān)鍵詞：煤礦 高壓電網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng) 選擇性 短路保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0051-02

隨著我國煤礦自動(dòng)化程度越來越高，供電系統(tǒng)越來越復(fù)雜，在井下這種特殊環(huán)境中，維護(hù)供電安全及穩(wěn)定成為工礦企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的重點(diǎn)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下由采區(qū)變電所、移動(dòng)變電站或配電點(diǎn)引出的饋電線上應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)裝置。因此煤礦供電系統(tǒng)的短路保護(hù)必須靈敏可靠，并且為了防止發(fā)生短路故障時(shí)出現(xiàn)越級(jí)跳閘，井下短路保護(hù)還須具有選擇性?；谝蕴W(wǎng)的礦井高壓選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)是針對(duì)目前煤礦井下高壓供電系統(tǒng)（6 kV或10 kV）因配電線路長導(dǎo)致的無法實(shí)現(xiàn)可靠的短路保護(hù)進(jìn)而發(fā)生越級(jí)跳閘、單相接地等故障而設(shè)計(jì)的保護(hù)方案，其對(duì)礦井供電的可靠性和井下工人的安全有重要意義。

1 短路保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)所需功能以及一般短路保護(hù)的缺點(diǎn)，確定了電網(wǎng)實(shí)施電流差縱保護(hù)系統(tǒng)，此保護(hù)不需要上下級(jí)之間的配合，不存在動(dòng)作電流整定值的問題，而且能滿足動(dòng)作的速斷性和選擇性。

1.1 電流差縱保護(hù)

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)選擇性跳閘，如圖1所示，當(dāng)2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，2點(diǎn)所在的干路電流會(huì)增大，而支路的電流幾乎為零，2點(diǎn)斷路器應(yīng)該無延時(shí)跳閘。當(dāng)1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障電流流過2點(diǎn)，為避免發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，采用0.1 s的延時(shí)，1點(diǎn)故障排除后系統(tǒng)恢復(fù)正常，2點(diǎn)不會(huì)跳閘。當(dāng)母線3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，2點(diǎn)斷路器應(yīng)該無延時(shí)跳閘，但也延時(shí)0.1 s，是個(gè)隱患。所以我們采用電流向量差來區(qū)別1點(diǎn)和3點(diǎn)的短路故障，即△I=I0-I1-I2-I3。電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)是基于基爾霍夫定律的一種判據(jù)，以母線作為結(jié)點(diǎn)流入結(jié)點(diǎn)的電流和流出結(jié)點(diǎn)的電流是相等的。因此當(dāng)1點(diǎn)故障時(shí)△I=0，當(dāng)3故障時(shí)△I≠0而且△I≈I0。

由于下井電纜線路屬于單向供電，所以正常電流和短路電流都是自上而下流動(dòng)，可以從幅值的角度對(duì)縱差保護(hù)動(dòng)作特性進(jìn)行分析。如圖2所示，|I0|分別為1、2短路點(diǎn)電流幅值，其中k=|I0|/|I0|，下面論述第一象限四個(gè)分區(qū)的含義：

A表示K>>2，即|I0|很大，|I2|卻很小，說明圖中3點(diǎn)母線上發(fā)生短路，此時(shí)干路的斷路器應(yīng)該無延時(shí)地?cái)嚅_。B表示12，這是正常運(yùn)行狀態(tài)。D表示|I0|<|I2|，E區(qū)表示|I0|、|I0|都極小，這兩種情況都是不可能出現(xiàn)的，所以視作空白區(qū)域。

綜上所述，正常情況下利用根據(jù)具體系統(tǒng)參數(shù)整定的K值和電流幅值即可實(shí)現(xiàn)沒有延時(shí)的縱向短路保護(hù)選擇性。但是考慮到極端情況下，支路電流在正常運(yùn)行情況下接近干路電流，那就進(jìn)入了B區(qū)工作狀態(tài)，這種情況下需要對(duì)保護(hù)進(jìn)行延時(shí)0.1 s的處理，使保護(hù)不會(huì)因?yàn)榇酥范搪范l(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

1.2 全電網(wǎng)短路保護(hù)系統(tǒng)

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)電流差縱保護(hù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)礦井供電線路全電網(wǎng)進(jìn)行智能監(jiān)控。如圖3所示，要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)距離供電線路的監(jiān)控作用，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置為：保護(hù)裝置內(nèi)利用縱差保護(hù)原理對(duì)配電處進(jìn)行短路保護(hù)；同時(shí)將智能保護(hù)器內(nèi)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用以太網(wǎng)傳送給系統(tǒng)分機(jī)再傳送給主機(jī)，主機(jī)在接受各個(gè)分機(jī)數(shù)據(jù)的同時(shí)計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)利用軟件確保主機(jī)顯示為統(tǒng)一時(shí)刻的電網(wǎng)電流。這樣，當(dāng)保護(hù)裝置在一定時(shí)間內(nèi)無動(dòng)作，經(jīng)過主機(jī)簡單的邏輯判斷，既可實(shí)現(xiàn)選擇性短路保護(hù)的作用。

2 全電網(wǎng)短路保護(hù)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方法

整個(gè)短路保護(hù)系統(tǒng)需要監(jiān)控的支路很多，需要系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理有較強(qiáng)的能力，且動(dòng)作時(shí)間短，故選用DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）作為分機(jī)數(shù)據(jù)處理的核心。并將數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)上傳至控制主機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)短路實(shí)時(shí)保護(hù)。

2.1 分機(jī)數(shù)據(jù)處理器

系統(tǒng)輸入信號(hào)是電網(wǎng)中被監(jiān)測(cè)的母線相電流、支路相電流，輸入信號(hào)開關(guān)內(nèi)部智能保護(hù)器送入DSP芯片CPU中，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理、運(yùn)算，并對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷等操作，通過RS-485接口將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程顯示面板，通過安裝以太網(wǎng)模塊可以實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，可方便查找和排除故障。

2.2 工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)是基于國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3的開放式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_(dá)1024站，距離可達(dá)1.5 km（電氣網(wǎng)絡(luò)）或200 km（光纖網(wǎng)絡(luò)），其傳輸速率高，占用總線時(shí)間極短。

為了將DSP接入以太網(wǎng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)安裝以太網(wǎng)網(wǎng)卡，DSP應(yīng)配備以太網(wǎng)模塊CP-243-1或互聯(lián)網(wǎng)模塊CP-243-1 IT?？梢杂靡蕴W(wǎng)向?qū)Ш鸵蛱鼐W(wǎng)向?qū)渲脤?duì)應(yīng)的連接模塊。使用以太網(wǎng)時(shí)，在編程軟件中應(yīng)配置TCP/IP，在“通信”對(duì)話框中，應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行指定遠(yuǎn)程IP地址。通過工業(yè)以太網(wǎng)和SETP 7 Micro/WIN，可以實(shí)現(xiàn)分機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程編程，組態(tài)和診斷。

3 結(jié)語

根據(jù)井下供電電網(wǎng)現(xiàn)狀，該文提出了一種基于以太網(wǎng)絡(luò)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)不僅解決了煤礦電網(wǎng)短路危害，增強(qiáng)了電網(wǎng)供電的可靠性與安全性，避免了因電網(wǎng)短路造成礦井大面積停電現(xiàn)象，同時(shí)提高了煤礦自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了高壓電站無人值守的目的。是對(duì)工礦企業(yè)供電保護(hù)的新探索，將工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于礦井供電系統(tǒng)中是礦井供電監(jiān)控新的思路，需要實(shí)際應(yīng)用來驗(yàn)證其可靠性和實(shí)用性。

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