煤礦井下供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)

曹品偉

(河南神火煤電有限公司 泉店煤礦， 河南 許昌 461000)

0 引言

為保證井下供電安全可靠運(yùn)行，擬對(duì)某礦供電系統(tǒng)建立良好的基于區(qū)域保護(hù)原理的防越級(jí)跳閘技術(shù)體系，即該體系既可增強(qiáng)間隔層的繼電保護(hù)可靠性，又可提高綜合自動(dòng)化通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主要采用了參數(shù)識(shí)別原理，準(zhǔn)確地辨別接地線路，并進(jìn)行隔離，以防故障的擴(kuò)大。本文按照礦井對(duì)供電可靠性和供電安全性的要求，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況，又參考了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)電力監(jiān)控系統(tǒng)，最大限度地保證礦井供電的安全可靠。

1 防越級(jí)跳閘保護(hù)原理

具體是采用分布式區(qū)域保護(hù)原理,使之各級(jí)保護(hù)建立信號(hào)聯(lián)系。當(dāng)發(fā)生任何一級(jí)保護(hù)檢測(cè)到短路故障時(shí)，能快速發(fā)出閉鎖信號(hào)，并將上一級(jí)保護(hù)閉鎖，以達(dá)到將故障鎖定在最小跳閘范圍內(nèi)為目的,同時(shí)當(dāng)斷路器失靈時(shí)，上一級(jí)保護(hù)可快速動(dòng)作，其母線故障可快速實(shí)現(xiàn)跳閘。

分布式區(qū)域保護(hù)與其他防越級(jí)跳閘技術(shù)對(duì)比效果，如表1所示。

表1 防越級(jí)跳閘技術(shù)對(duì)比

分布式區(qū)域保護(hù)采用了突變量作為啟動(dòng)判據(jù)，其動(dòng)作靈敏。由圖1看出，如果出線1發(fā)生相間短路，此時(shí)刻t0=0，其出線和進(jìn)線保護(hù)均感知故障電流，突變量啟動(dòng)判據(jù)成立，區(qū)域保護(hù)信號(hào)發(fā)出，耗時(shí)5 ms，t1=5 ms；區(qū)域保護(hù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)傳送到對(duì)側(cè)耗時(shí)約10 ms，t2=15 ms；進(jìn)線保護(hù)在速斷出口之前收到出線1的故障聯(lián)絡(luò)信號(hào)，將跳閘出口關(guān)閉。由于出線1保護(hù)未收到任何聯(lián)絡(luò)信號(hào)，則在t3=35 ms時(shí)刻速斷保護(hù)出口，于是切除故障線路。

t0-出線故障；t1-發(fā)出閉鎖信號(hào)；t2-進(jìn)線閉鎖；t3-跳出線(固有延時(shí))。圖1 分布式區(qū)域保護(hù)正常動(dòng)作示意圖

目前6/10 kV真空斷路器跳閘的時(shí)間為50～60 ms，在發(fā)出跳閘命令110 ms后，如故障電流仍未消失，則斷路器拒動(dòng)，保護(hù)器便主動(dòng)將聯(lián)絡(luò)信號(hào)撤除上送。收到聯(lián)絡(luò)信號(hào)的保護(hù)，則啟動(dòng)一個(gè)285 ms的聯(lián)絡(luò)信號(hào)自動(dòng)解除計(jì)時(shí),作為后備保護(hù),如圖2所示。

t0-出線故障；t1-發(fā)出閉鎖信號(hào)；t2-進(jìn)線閉鎖；t3-跳出線(固有延時(shí));t4-出線失靈,跳進(jìn)線。圖2 斷路器失靈分布式區(qū)域保護(hù)示意圖

2 漏電保護(hù)方案原理

我國(guó)配電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地(即小接地電流)的運(yùn)行方式。當(dāng)發(fā)生常見的單相接地故障時(shí)，不影響對(duì)負(fù)荷連續(xù)供電，其規(guī)程規(guī)定仍可運(yùn)行至2 h。但非故障相電壓升高而引起的系統(tǒng)過電壓對(duì)電力設(shè)備損害很大，甚至可能最終引起兩點(diǎn)接地故障，會(huì)擴(kuò)大事故范圍，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行，故單相故障后，快速選擇出故障線路就顯得十分重要。

本文提出了一種基于參數(shù)識(shí)別原理的小接地電流系統(tǒng)單相故障選線新方法,即在故障零序網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)每條線路建立其外部發(fā)生故障時(shí)的數(shù)學(xué)模型。如圖3所示，對(duì)任意一條健全線路，可以進(jìn)一步將其模型簡(jiǎn)化為如圖4所示,即利用故障前后模型參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別選線功能。傳統(tǒng)的方法是基于故障線的電氣量，其電氣量是受中性點(diǎn)接地方式、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、故障發(fā)生時(shí)刻、電弧間歇程度等因素影響，而健全線的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不受上述因素的影響。

圖3 數(shù)學(xué)模型

圖4 簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型

3 健全線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的原理特點(diǎn)

1) 對(duì)每條線路進(jìn)行建模，利用故障時(shí)本線路的零序電壓、電流等信號(hào)，求解本線路的模型參數(shù)，識(shí)別模型符合性識(shí)別故障，具有自舉性。目前其他方法均需對(duì)所有線路進(jìn)行比較，方能選出故障線路。

2) 在模型參數(shù)識(shí)別時(shí)能利用全頻帶信息，為準(zhǔn)確選線提供了可靠基礎(chǔ)，靈敏度高、耐過渡電阻能力強(qiáng)；而目前其他方法或只用穩(wěn)態(tài)信號(hào)、或某幾次諧波、或某一頻帶信號(hào)等，算法判據(jù)利用信息量有限，靈敏度、實(shí)用性受到限制。

3) 對(duì)于間歇性電弧接地故障，該原理有著天然的適應(yīng)性與優(yōu)越性，這是因?yàn)闊o論電弧間歇程度如何，該方法將健全線等效成的電容模型都未發(fā)生變化，即健全線的結(jié)構(gòu)并未變化，方法仍然成立，而對(duì)于電氣量比較的方法，由于電弧間歇會(huì)導(dǎo)致的電氣量變化，進(jìn)而影響其判別的穩(wěn)定性和正確性。

4) 變壓器中性點(diǎn)接地方式與配電網(wǎng)規(guī)模對(duì)本方法沒有影響。傳統(tǒng)的基于電氣量的方法，受中性點(diǎn)接地方式與電網(wǎng)規(guī)模影響，電氣量變化范圍巨大，影響判據(jù)的整定，適用性差。該方法識(shí)別的是健全線的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，不受上述因素的影響，適用性強(qiáng)。

4 結(jié)論

井下各站出線和進(jìn)線間防越級(jí)跳閘以及井上電源和井下負(fù)荷之間的防越級(jí)跳閘邏輯的應(yīng)用，解決了出線故障進(jìn)線一起跳閘的越級(jí)跳閘現(xiàn)象，使各級(jí)間保護(hù)動(dòng)作的選擇性得以建立，保證了供電的安全性和可靠性。