煤礦供電系統(tǒng)電源快速切換裝置的應(yīng)用與實(shí)測數(shù)據(jù)分析

劉錫柱

（山西省節(jié)能中心有限公司 山西 太原 030045）

1 背景

潘莊風(fēng)井35 kV 變電站位于沁水縣嘉豐鎮(zhèn)潘莊村，主要擔(dān)負(fù)著寺河礦東五盤區(qū)場地的生產(chǎn)及生活供電。站內(nèi)有兩回35 kV主電源供電，其35 kV系統(tǒng)為單母線分段接線方式；站內(nèi)裝設(shè)兩臺(tái)有載調(diào)壓變壓器，額定電壓35/6.3 kV；站內(nèi)6 kV系統(tǒng)亦采用單母線分段接線方式。變電站內(nèi)35 kV 及6 kV 開關(guān)柜均為室內(nèi)布置。變電站站內(nèi)二次系統(tǒng)選用南瑞繼保變電站綜合自動(dòng)化RCS-9700系列微機(jī)保護(hù)裝置，其中35 kV母聯(lián)使用備用電源自投裝置RCS-9652B。

備自投供電方式，當(dāng)工作電源跳閘時(shí)，工作電源輔助接點(diǎn)經(jīng)低壓繼電器、延時(shí)繼電器，先跳開工作電源，經(jīng)一定延時(shí)，后合上備用電源，實(shí)現(xiàn)由工作電源向備用電源切換[1]。備自投在電網(wǎng)切換中存在以下問題[2]：

（1）切換時(shí)間長，在恢復(fù)送電前，風(fēng)機(jī)或瓦斯抽放泵可能會(huì)停運(yùn)；

（2）無相頻檢測，沖擊電流大，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷及備用變壓器極易受沖擊損壞或絕緣老化縮短使用壽命；

（3）自投成功率低；

（4）如果為母線永久性故障，會(huì)擴(kuò)大事故范圍。

由于以上原因，若發(fā)生礦井無計(jì)劃停電事故，采用的仍是人工恢復(fù)送電。這種事故處理模式需要一定的固有時(shí)間，在這固有的時(shí)間內(nèi)，對(duì)于高瓦斯礦來說，個(gè)別局面就可能出現(xiàn)瓦斯超限。

快切裝置實(shí)現(xiàn)電源切換比備自投裝置更迅速[3]，傳統(tǒng)備自投是進(jìn)線主保護(hù)動(dòng)作失電后，由低電壓啟動(dòng)，屬于被動(dòng)切換，一般800 ms～1 500 ms內(nèi)完成，而快切是由進(jìn)線主保護(hù)直接啟動(dòng)切換，屬于主動(dòng)切換，一般在100 ms以內(nèi)完成，可以看做是真正的瞬時(shí)切換[4]。

本文介紹了潘莊風(fēng)井35 kV變電站站內(nèi)的備自投裝置更換為電源快切裝置，減少了設(shè)備停電時(shí)間，提高安全運(yùn)行和自動(dòng)控制水平，。

2 電源快速切換裝置的應(yīng)用

2.1 電源快速切換裝置使用情況

將潘莊風(fēng)井35 kV 站35 kV 母聯(lián)備用電源自投裝置RCS-9652B 更換為電源快速切換裝置PCS-9655S，見圖1。

圖1 接線圖

為實(shí)現(xiàn)電源快速切換功能，電源快速切換裝置需接入如下所列開入信號(hào)和模擬量，具體配置為[5]：

（1）兩段母線各自的三相電壓；

U1bsa，U1bsa’，U1bsb，U1bsb’，U1bsc，U1bsc’：Ⅰ段母線電壓（三相），取相電壓。

U2bsa，U2bsa’，U2bsb，U2bsb’，U2bsc，U2bsc’：Ⅱ段母線電壓（三相），取相電壓。

（2）兩回進(jìn)線各一路相電壓或線電壓；

U1，U1’：Ⅰ回進(jìn)線電壓，可取線電壓或相電壓。

U2，U2’：Ⅱ回進(jìn)線電壓，可取線電壓或相電壓。

（3）兩回進(jìn)線各自的A、C相電流；

I1a，I1a’，I1c，I1c’：Ⅰ回進(jìn)線的a 相、c 相電流輸入。

I2a，I2a’，I2c，I2c’：Ⅱ回進(jìn)線的a 相、c 相電流輸入。

（4）兩回進(jìn)線開關(guān)的常開輔助接點(diǎn)，開關(guān)合位狀態(tài)時(shí)該開入為1；

（5）母聯(lián)分段開關(guān)的常開輔助接點(diǎn)，開關(guān)合位狀態(tài)時(shí)該開入為1；

（6）必要的保護(hù)起動(dòng)和保護(hù)閉鎖信號(hào)接點(diǎn)。

2.2 電源快速切換裝置在故障情況下的分析

下面分析圖2 所示的配置方式中，在可能發(fā)生故障的3 處故障點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，電源快速切換裝置的動(dòng)作情況。

圖2 故障點(diǎn)總覽

（1）K1 處故障，393 線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，差動(dòng)動(dòng)作信號(hào)啟動(dòng)快切裝置，快切跳開393開關(guān)，合上390開關(guān)，切換成功。

（2）K1處故障，上級(jí)變電站過流保護(hù)動(dòng)作，快切裝置檢測到電流下降、頻率下降，無流低頻啟動(dòng)快切，快切跳開393開關(guān)，合上390開關(guān)，切換成功。

（3）在K2 處故障時(shí)，正常情況下由潘莊Ⅰ回側(cè)保護(hù)裝置過流保護(hù)跳開本側(cè)開關(guān)，同時(shí)送出后備保護(hù)動(dòng)作跳閘出口節(jié)點(diǎn)閉鎖PCS-9655S；若由于保護(hù)定值等原因?qū)е?93開關(guān)保護(hù)不動(dòng)作，越級(jí)跳閘，則故障會(huì)跳開上一級(jí)變電所饋線339開關(guān)，表面上造成了35 kV站進(jìn)線失電的假象，快切會(huì)有可能啟動(dòng)，因此為保證防止快切裝置誤投故障線路，在PCS-9655S 內(nèi)設(shè)置了大電流閉鎖（可帶方向性），當(dāng)出現(xiàn)大電流時(shí)，通過大電流閉鎖PCS-9655S，在故障解除后自動(dòng)解除閉鎖，以免由于電源的誤投而再次擴(kuò)大事故的范圍。大電流的檢測是通過潘莊Ⅰ回593 的電流互感器電流值，大電流一般設(shè)置進(jìn)線開關(guān)的過流值。

（4）在K3 處故障時(shí)，正常情況下，主變高、低后備保護(hù)動(dòng)作，跳開主變兩側(cè)開關(guān)，35 kV變電站站供電系統(tǒng)保持不變，仍有潘莊Ⅰ回供電，若故障電流較大，主變開關(guān)未能及時(shí)跳開，導(dǎo)致潘莊Ⅰ回線393 開關(guān)越級(jí)跳閘，此時(shí)快切裝置通過自身檢測到393 開關(guān)的大電流，超過定值后迅速閉鎖快切裝置，不再執(zhí)行快切，全站停電排查故障。

3 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)測數(shù)據(jù)分析

操作項(xiàng)目：Ⅰ回進(jìn)線393 開關(guān)切至母聯(lián)390，切換前，為正常大分列運(yùn)行，35kV母聯(lián)熱備用。

3.1 電壓及開關(guān)動(dòng)作分析

（1）錄波可以看到，正常運(yùn)行時(shí)，35 kVⅠ段母線電壓約為105 V（線電壓、二次有效值）。

圖3 母線電壓錄波圖

（2）負(fù)55.8 ms，Ⅰ回進(jìn)線393 開關(guān)開始跳閘，負(fù)5 ms 393開關(guān)分閘完成，但電壓未發(fā)生明顯，如圖4示。

圖4 393跳閘錄波圖

經(jīng)過50.8 ms，393開關(guān)分閘完成。據(jù)試驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)線393開關(guān)柜的固有分閘時(shí)間為43 ms，存在誤差。

（3）負(fù)5 ms時(shí)，母聯(lián)390開始合閘，如圖5示。

圖5 390合閘錄波圖

經(jīng)過約70 ms，第65 ms 時(shí)，母聯(lián)390 開關(guān)合閘完成，切換成功，切換條件為快速切換，據(jù)試驗(yàn)報(bào)告，母聯(lián)斷路器的固有合閘時(shí)間為58.7 ms，存在誤差。

（4）快切報(bào)文記錄全過程用時(shí)121 ms，由錄波圖得出全過程用時(shí) 115.8 ms（負(fù)55.8 ms 到 65 ms），兩者時(shí)間基本一致，如圖6示。

圖6 快切裝置動(dòng)作報(bào)文

3.2 電流及開關(guān)動(dòng)作分析

（1）負(fù)55.8 ms，Ⅰ回進(jìn)線393開關(guān)開始跳閘。此時(shí)393 最大電流為0.14 A（二次有效值），為正常負(fù)荷電流，Ⅱ回進(jìn)線394電流最大值為1.61 A（二次有效值），如圖7示。

圖7 393開關(guān)開始跳閘錄波圖

（2）負(fù)5 ms，393開關(guān)分閘完成，此時(shí)393電流基本為0 A，394電流為1.6 A，如圖8示。

圖8 393開關(guān)分閘錄波圖

（3）從第負(fù) 5 ms 到第 65 ms，390 開關(guān)完成合閘，394電流逐漸增大，并在第65 ms，390合閘完成的瞬間達(dá)到最大值：1.96 A，如圖9示。

圖9 390開關(guān)完成合閘錄波圖

4 實(shí)施效果

通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析，可以看出，潘莊風(fēng)井35 kV站安裝的電源快速切換裝置，在完成快速恢復(fù)送電的同時(shí)，確保了電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)供電，不會(huì)發(fā)生二次故障，擴(kuò)大事故范圍，再次造成停電事故，不會(huì)對(duì)受電設(shè)備造成損壞，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

5 結(jié)論

電源快速切換裝置在潘莊風(fēng)井35 kV站供電系統(tǒng)的成功應(yīng)用，解決了供電系統(tǒng)主供回路故障時(shí)，人工恢復(fù)送電時(shí)間長導(dǎo)致井下風(fēng)機(jī)停電，瓦斯超限的問題，實(shí)現(xiàn)了快速切換，達(dá)到不停電的目的，具有重要的推廣和借鑒意義。