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    “分布式區(qū)域保護”技術(shù)的防越級跳閘系統(tǒng)研究與應(yīng)用

    2019-07-15 00:52:04
    山東煤炭科技 2019年6期
    關(guān)鍵詞:忻州定值短路

    史 詩

    (大同煤礦集團有限責任公司忻州窯礦,山西 大同 037000)

    煤礦井下供電系統(tǒng)線路保護普遍存在高壓電網(wǎng)級聯(lián)開關(guān)眾多、供電半徑小、上下裝置定值匹配困難、失壓保護零時延、漏電保護裝置可選擇性差等問題,導(dǎo)致井下供電出現(xiàn)短路、過流故障,更為嚴重的是會產(chǎn)生越級跳閘事故,造成井下供電系統(tǒng)不能安全正常運行,甚至?xí)砣松韨鍪鹿实陌l(fā)生,嚴重影響了礦井的安全生產(chǎn)。

    1 礦井高壓電網(wǎng)發(fā)生越級跳閘事故的原因

    (1)煤礦井下高壓電網(wǎng)級聯(lián)開關(guān)眾多,定值配合困難

    由于供電距離遠且線路短,存在三端或多端線路,無時間級差,無最小保護范圍,線路保護定值難以整定。同時井下環(huán)境特殊,存在多級采區(qū)變電站級聯(lián)(級聯(lián)開關(guān)已用黑色粗體標注),如圖1,無法通過增加時間級差實現(xiàn)線路的整定配合,線路極易發(fā)生越級跳閘,對煤礦安全生產(chǎn)造成嚴重影響。

    圖1 忻州窯礦高壓電網(wǎng)開關(guān)級聯(lián)簡圖

    (2)煤礦井下供電短路多級保護發(fā)生動作

    由于煤礦井下高壓電網(wǎng)供電半徑小,短路容量大,而電纜阻抗很小,不同短路點的短路電流差別很小,定值匹配非常困難,當某一供電支路短路時,短路電流往往使從短路點以上多級保護動作,導(dǎo)致越級跳閘事故發(fā)生。

    (3)失壓保護零延時

    保護器的失壓保護動作時延不能整定,工作面大功率設(shè)備重載啟動時,會造成母線電壓瞬間降低,導(dǎo)致越級跳閘或大范圍跳閘。同時,饋線在距離母線很近的地方發(fā)生短路會導(dǎo)致母線電壓短時失壓,會使得該段母線上的開關(guān)欠壓脫扣跳閘引起越級。

    (4)漏電保護性選擇性差

    ① 煤礦供電系統(tǒng)電網(wǎng)內(nèi)存在諧波,對保護產(chǎn)生嚴重影響;② 零序電流互感器的特性存在差異,檢測到奇異信號、強烈信號或微弱信號,易出現(xiàn)失真,使得故障信號識別率降低;③ 接地方法不夠簡潔,一般采用瞬時性接地和穩(wěn)定性接地,其中又包括電弧性接地和直接接地,導(dǎo)致故障信號復(fù)雜;④ 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中線路的距離、電網(wǎng)的補償程度以及系統(tǒng)的平衡度和保護都密不可分。

    2 “分布式區(qū)域保護技術(shù)”的防越級跳閘系統(tǒng)

    2.1 防越級跳閘系統(tǒng)技術(shù)簡介

    忻州窯礦安裝的防越級跳閘系統(tǒng),主要采用“分布式區(qū)域保護”技術(shù),即當供電系統(tǒng)發(fā)生短路事故時,從地面變電站至短路點的相關(guān)保護均能在探測到短路電流后,同時迅速發(fā)出閉鎖信號,閉鎖各自的上級保護,只有離故障點最近保護不被閉鎖,能夠準確、迅速地跳閘,切除故障。如圖2所示。

    圖2 防越級跳閘系統(tǒng)分布式區(qū)域保護圖

    2.2 具體實施方案

    忻州窯礦建立的井下電網(wǎng)防越級跳閘系統(tǒng),是將井下九個變電硐室、地面入井線路開關(guān),共計102臺保護裝置全部更新為具有防越級跳閘功能的保護器,搭建光纖環(huán)網(wǎng)通過GOOSE交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互并傳輸至地面電力監(jiān)控平臺,如圖3所示。

    圖3 忻州窯礦礦井防越級跳閘系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

    在地面建立井下電網(wǎng)電力監(jiān)控室,實時監(jiān)控井下高壓電網(wǎng)開關(guān)運行狀況,并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警、事故報警、事故精確記錄,綜合分析及處置井下電網(wǎng)各類事故,即提升了事故處置效率,又為今后事故分析以及制定預(yù)防措施提供了依據(jù)。

    通過詳細比較地面及井下繼電保護整定方案及實際情況,對井下電網(wǎng)繼電保護整定方案進行優(yōu)化:

    一是采用“標么值”法準確計算井下電網(wǎng)各級保護末端短路電流,如圖4所示。

    圖4 “標幺值”計算電網(wǎng)各級保護末端短路電流

    二是井下高爆開關(guān)保護裝置采用三段式保護與地面供電系統(tǒng)進行階梯式對接;

    三是利用防越級跳閘系統(tǒng)實時、分時段運行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計功能,定期根據(jù)統(tǒng)計的尖峰電流調(diào)整各級保護整定值,使各級保護整定值更加精確、匹配,更加合理。

    3 防越級跳閘系統(tǒng)在忻州窯礦的運用情況

    自2014年12月16日試運行至今已將近4年,防越級跳閘系統(tǒng)共攔截短路事故10起、過流保護跳閘動作15次、過載保護動作20次,其中過流、過載保護均動作于本級開關(guān)。所發(fā)生的10起短路事故僅有兩起越級了一級保護—跳閘至采區(qū)變電所總開關(guān),其他幾起較好地起到了防越級跳閘作用,并能有效輔助完善供電管理。

    2015年2月11日晚上7點半左右,東三盤區(qū)機三一組2507掘進工作面機組電纜受到擠壓,發(fā)生漏電故障,隊組對電纜故障進行處理時,將工作面送機組移變高壓側(cè)開關(guān)停電并拉開了隔離開關(guān)。

    當電纜故障處理完畢后,恢復(fù)供電時,由于移變隔離開關(guān)未閉合到位(即動靜觸頭虛接),發(fā)生過電流,電流值達到3108A。此時井下高壓供電系統(tǒng)防越級跳閘系統(tǒng)檢測到過電流值,向上級保護發(fā)送閉鎖信號,閉鎖了石巖莊中央變電所總分路開關(guān),最終頂閘到采區(qū)變電所(東三二變1#總開關(guān))。因過電流值太大達到了入井所有線路過電流保護整定值,雖然越了一級保護,跳閘至東三二變1#總開關(guān),但亦很好地起到了防越級跳閘功能。

    4 安裝前后的對比情況

    2014年12月忻州窯礦防越級跳閘正式投入使用(表1),在未安裝防越級跳閘前,礦井供電綜合保護裝置通過上下級之間定值配合只能攔截短路事故、過流保護跳閘動作、過載保護動作故障次數(shù)非常少,而安裝防越級跳閘系統(tǒng)后,礦井供電系統(tǒng)通過定值和防越級跳閘配合,使得攔截短路事故、過流保護跳閘動作、過載保護動作故障次數(shù)明顯增多,能更好地防止供電系統(tǒng)因越級跳閘引起大面積停電事故的發(fā)生。

    表1 安裝前后事故發(fā)生頻次對比

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