礦區(qū)供電系統(tǒng)線路保護(hù)綜述

劉鋼雷 周海生

摘 要：礦區(qū)供電系統(tǒng)上下級(jí)線路短路電流區(qū)分不明顯，常造成保護(hù)裝置出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，以致造成較大范圍的停電，對(duì)正常的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)造成較大影響。分析比較了近年國(guó)內(nèi)針對(duì)越級(jí)跳閘現(xiàn)象所提出的幾種主要保護(hù)方案，探討了現(xiàn)階段最具有實(shí)用價(jià)值的方案，并指出今后的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)供電系統(tǒng)；越級(jí)跳閘；實(shí)用價(jià)值；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TD608 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）31-0049-02

Abstract： The difference of short-circuit current between upper and lower lines of power supply system in mining area is not obvious， which often results in the trip of protection devices， resulting in a wide range of blackouts， which has a greater impact on the normal production and operation. This paper analyzes and compares several main protection schemes put forward in recent years in view of the phenomenon of overstepping tripping in China， probes into the most practical schemes at present， and points out the developing trend in the future.

Keywords： power supply system in mining area； skip trip； practical value； development trend

引言

我國(guó)礦區(qū)供電系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，安全可靠供電是礦區(qū)安全生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，常見的礦區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)多為3～4級(jí)單端輻射型網(wǎng)絡(luò)，各級(jí)間常采用長(zhǎng)度較短或截面積較大的電纜線路連接供電，這種電纜線路本身的小阻抗特性，使得短路發(fā)生時(shí)上級(jí)干路與下級(jí)支流的電流值差別不大，上下級(jí)保護(hù)裝置均啟動(dòng)，保護(hù)越級(jí)跳閘發(fā)生。此外，系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化、CT飽和及設(shè)備投切等情況也易致使越級(jí)跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)，該現(xiàn)象導(dǎo)致的大范圍停電嚴(yán)重影響礦區(qū)的正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，造成較大損失。本文對(duì)現(xiàn)有防越級(jí)跳閘保護(hù)方案優(yōu)缺點(diǎn)加以分析，指出當(dāng)前具有實(shí)用意義的保護(hù)方案及未來礦區(qū)保護(hù)裝置發(fā)展的方向。

1 防越級(jí)跳閘保護(hù)的研究現(xiàn)狀

1.1 電流速斷閉鎖保護(hù)方案

在礦區(qū)原有速斷保護(hù)上加裝智能閉鎖裝置，構(gòu)成各級(jí)速斷保護(hù)之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，從而達(dá)到防止越級(jí)跳閘的效果[1]。該方案上下級(jí)間的閉鎖連接較為復(fù)雜，仍需要各級(jí)信號(hào)間進(jìn)行通訊，在礦區(qū)這種干擾較強(qiáng)的保證裝置可靠工作是有一定難度的。另外，該裝置簡(jiǎn)單，在具有低成本的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著不能夠故障自檢的缺陷。

1.2 光纖縱差保護(hù)方案

將線路兩端的電氣量通過光纖傳輸通道進(jìn)行傳輸比較，并根據(jù)相應(yīng)的保護(hù)判據(jù)判斷是否動(dòng)作于跳閘[2]。該方案能較好地實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性與速動(dòng)性，所存在的問題是從線路兩側(cè)所得到的電氣量需要進(jìn)行同步處理，同步的難度較大，導(dǎo)致了供電成本的上升。另外，兩側(cè)通訊所用的專用通訊光纖成本較高，且在惡劣的煤礦環(huán)境下容易受損，繼而影響保護(hù)裝置的正常工作。

1.3 基于CAN通訊的保護(hù)方案

在各級(jí)供電線路中裝設(shè)保護(hù)控制器，各級(jí)保護(hù)控制器之間通過CAN網(wǎng)來發(fā)送和接收各級(jí)信號(hào)，并設(shè)置保護(hù)器動(dòng)作的優(yōu)先級(jí)，從而達(dá)到防越級(jí)跳閘的目的[3]。該方案有較好的防越級(jí)跳閘的效果，具有一定實(shí)用價(jià)值，但是需要增加大量的保護(hù)控制器及相應(yīng)的CAN通訊網(wǎng)，對(duì)于礦區(qū)電網(wǎng)來說改造難度較大且成本較高。此外，在CAN網(wǎng)的通訊可靠性及通訊速率的影響下，故障后動(dòng)作于跳閘的時(shí)間較長(zhǎng)，保護(hù)的速動(dòng)性受到一定影響。

1.4 基于GOOSE技術(shù)的保護(hù)方案

采用GOOSE技術(shù)和以太網(wǎng)來連接各級(jí)綜保開關(guān)，實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘功能[4]。該方案除能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)選擇性外，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，維護(hù)起來較為容易，但是大多煤礦采用的仍舊是最老式的階段式電流保護(hù)方案，并沒有完善的以太網(wǎng)及監(jiān)控設(shè)施，從而使得該方案的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，難度較大，實(shí)施成本較高，可實(shí)用性不強(qiáng)。

1.5 基于數(shù)字化技術(shù)的保護(hù)方案

數(shù)字化技術(shù)方案是將在各測(cè)量點(diǎn)處采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸?shù)郊惺娇刂破髦校瑢?shí)現(xiàn)對(duì)故障線路的識(shí)別及動(dòng)作于相應(yīng)的線路斷路器開關(guān)[5]。該方案理論上可正確動(dòng)作開關(guān)以解決越級(jí)跳閘問題，但其面臨的問題有所采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步、通訊可靠工作及電氣信息集中到保護(hù)控制器統(tǒng)一作出跳閘判斷的風(fēng)險(xiǎn)集中的問題。該方案的實(shí)現(xiàn)要求的條件較高，暫時(shí)不具有良好的實(shí)用價(jià)值。

2 礦區(qū)保護(hù)的實(shí)用方案及發(fā)展趨勢(shì)

受歷史發(fā)展及成本等因素影響，礦區(qū)電網(wǎng)保護(hù)普遍配置不高，保護(hù)改造在保證可靠性的情況下，其經(jīng)濟(jì)性需要著重考慮。在原有保護(hù)配置上進(jìn)行升級(jí)的電流速斷閉鎖保護(hù)方案相比較其他方案來說有著升級(jí)改造難度小、成本低及易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化、智能化是保護(hù)發(fā)展的大方向所在，隨著成本的降低和通訊可靠性的提高，數(shù)字化保護(hù)在礦區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用會(huì)逐漸增加，其切除故障迅速及易維護(hù)等特點(diǎn)會(huì)逐步凸顯出來。

3 結(jié)束語

隨著數(shù)字化、信息化的不斷發(fā)展，數(shù)字化設(shè)備可靠性及成本不斷降低，效費(fèi)比越來越高，今后在礦區(qū)電網(wǎng)保護(hù)中的應(yīng)用將越來越廣泛，將會(huì)極大提高礦區(qū)生產(chǎn)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]史麗萍，溫樹峰，黃延慶.基于CAN網(wǎng)通訊的選擇性短路保護(hù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（8）：139-142.

[4]姚福強(qiáng)，柏猛，杜兆文.GOOSE信號(hào)閉鎖在煤礦供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2016，28（7）：37-41.

[5]馬星河，馬星煊，王永勝.基于數(shù)字化變電站技術(shù)的煤礦井下防越級(jí)跳閘方案研究[J].煤礦機(jī)電，2013（5）：1-7.