井下供电系统防越级跳闸方案浅析.pdf

第 4 1卷 第 9期 2 0 1 5年 9月 工矿 自 动化 I ndus t r y a nd M i ne Au t oma t i o n Vo I ． 4 1 NO． 9 S e p ．2 0 1 5 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 9 0 0 8 7 0 3 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 2 3 栾永春 ， 陈坤鹏． 井下供电系统防越级跳 闸方案浅析E J 1 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 9 8 7 8 9 ． 井下供电系统防越级跳闻方案浅析 栾永春 ， 陈坤 鹏 1 ． 河 南能 源化 工集 团 永煤 公 司 机 电部 ，河南 永 城4 7 6 6 0 0 ； 2 ． 河 南 能源 化工 集 团 永 煤公 司 车集 矿 ， 河 南 永 城4 7 6 6 0 0 摘 要 结合 车 集矿 的 防越 级 跳 闸 系统改 造 实例 ， 介 绍 了适 用 于多级 短 线路供 电 系统 的 防越 级跳 闸方 案 ， 详 细 阐述 了其保 护 动作 原理 。该方 案 首先采 用光 纤 差动保 护 对 井 下联络 线进行 改造 ， 然后 通过 增 加 通信 服 务 器 ， 切 换 到基 于网络 智 能识别 的煤 矿 电 网防越级 跳 闸 系统 ， 彻 底 解决 了井 下供 电 系统 的越 级 跳 闸问题 ， 且 不存在重复改造带来的资源浪费问题 。 关 键词 井下供 电 系统 ； 越 级跳 闸 ；光纤 差动 ；网络 智能识 别 中 图分 类 号 TD6 1 1 文献 标 志码 B 网络 出版 时间 2 0 1 5 0 8 2 9 1 5 5 2 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 8 2 9 ． 1 5 5 2 ． 0 2 3 ． h t ml An a l y s i s o f a n t i ov e r r i d e t r i p p r o g r a m f o r u n de r g r o u n d po we r s u p pl y s y s t e m LUAN Yo ng c hu n ， CHEN Ku npe ng 。 1． El e c t r o m e c h a ni c a l De p a r t me nt ，Yon gme i Co m p a ny，H e na n En e r g y a nd Che mi c a l I ndu s t r y Gr o up C o． ，Lt d ． ，Yo n g c h e n g 4 7 6 6 0 0，Ch i n a ；2． J u j i Co a l Mi n e ，Yo n g me i Co mp a n y ，He n a n En e r g y a n d Ch e mi c a l I n d u s t r y Gr o u p Co． ，L t d． ，Yo n g c h e n g 4 7 6 6 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t Ant i ～ o ve r r i de t r i p pr o gr a m f or mul t i l e v e l s ho r t l i n e p o we r s upp l y s y s t e m a n d i t s p r ot e c t i v e a c t i o n p r i n c i p l e we r e i n t r o d u c e d c o mb i n e d t r a n s f o r m i n s t a n c e o f a n t i o v e r r i d e t r i p s y s t e m o f J u j i Co a l M i ne ．The pr o gr a m f i r s t u s e s f i b e r d i f f e r e nt i a l pr ot e c t i o n t o t r a ns f o r m u nd e r g r o u nd t i e l i ne ，t he n s wi t c he s t o c o a l mi n e a n t i o v e r r i d e t r i p s y s t e m b a s e d o n n e t wo r k i n t e l l i g e n t i d e n t i f i c a t i o n b y a d d i n g c o mmu n i c a t i o n s e r v e r ．The pr o gr a m c o m pl e t e l y s o l ve s o ve r r i d e t r i p p r ob l e m of u nd e r gr o un d p owe r s up pl y s y s t e m ，a n d do e s n ot e xi s t r e s o ur c e wa s t e p r ob l e m c a us e d by d upl i c a t e t r a ns f o r m a t i o n． Ke y wo r d s u n d e r g r o u n d p o we r s u p p l y s y s t e m ；o v e r r i d e t r i p；f i b e r d i f f e r e n t i a l ；n e t wo r k i n t e l l i g e n t i d n t i f i C a t i o n 0 引言 我国煤炭企业 电网普遍采用多级辐射状供电模 式 ， 由于延 伸 级数 多 ， 保 护 配合 时 限不 足 ， 以致 保 护 时限无法配合 ； 同时 由于系统容量大 ， 供 电线路短 ， 不 同级 别 的短 路 电 流接 近 ， 以致 保 护 的 电流 定 值 无 法配合。井下供电系统对于故障快速切除有严格的 要求 ， 当井下发生故 障时 ， 由于供 电级数多 ， 线路距 离短 ， 且无选择性配合 ， 采用传统继 电保护无法避免 越级跳闸、 停 电范 围扩大的情况r 1 ] 。本文结合永煤 集团车集矿的防越级跳闸系统改造实例 ， 阐述了井 下防越级跳闸方案的原理。该方案能够准确地实现 故障定位 ， 快速切除故障点， 避免因一点故 障造成多 级跳 闸 的现象 。 1三段式 电流 保护 原理 传统的无时限速断是按照躲开某一点的最大短 路电流来整定 ， 定时限速断是按照躲开下一级相邻 元件 电流速断 保护 的动 作 电 流整 定 ， 而 过 电流 保 护 则是按照躲开最大负荷电流来整定 。由于电流速 收稿 日期 2 0 1 5 0 6 - 1 2 ； 修回 日期 2 0 1 5 - 0 7 1 5 ； 责任编辑 胡娴 。 作者简介 栾永 春 1 9 7 7 ～ ， 男 ， 内蒙 古牙克 石人 ， 工程 师 ， 现从 事矿井 供电及综 合 自动化技术 管理工作 ， E ma il y o n g c h u n l u a n 1 2 6 ． c o rn。 8 8 工矿 自动 化 2 0 1 5年 第 4 1卷 断不能保护线路全长 ， 限时 电流速断又不能作为相 邻元件 的后备保护 ， 所 以， 为保证快速而有选择地切 除故障， 常将无时限速断 、 定时限速断和过电流保护 组合在一起 ， 构成三段式电流保护 。 为了不引起上级开关越级跳 闸， 扩大事故范围， 上级定时限速断的保护范围末端必须不超过下级无 时限 速断 的保 护范 围 ， 这 样 各 级 时 限速 断保 护 才 可 能 采用 相 同的 时限定值 。三段 式过 流保 护选 择性 配 合原理如图 1 所示 ， 当 d 4故障时， DL B 1的无时限 速断动作 ， DL - A1无 时限速 断保护不 在保 护 范围 内， 定时限速 断有 时间延 时 ， 因此 ， DL - A1不会 动 作 ， 不 会造 成越 级跳 闸 。 过 电流 Ⅲ fb △ f 无 后备 定时限速 断 Ⅱ t O ．3 加 ． 5 s 无时限速断 I A J-_1 B C 崮 喧 留 下级定时限速 断 II r - o ．3 加 ． 5 s 过电流 Ⅲ t a t b A t 备 图 1 三段式过流保护选择 性配合原 理 2车集 矿供 电 系统现 状 车集 矿设 计生 产 能力 为 1 8 0万 t ／ a ， 经 改造 后 的 实 际 生 产 能 力 为 2 4 0 万 t ／ a ； 井 田南 北 走 向长 1 4 k m， 东 西 倾 向 宽3～ 5 k m，井 田 面 积 为 6 1 ． 4 k m ； 矿 井 开 拓 方 式 为 立 井 单 水 平 上 下 山 开 拓 ， 水平运输大巷布置在 一5 5 0 r n水平 ； 属于煤与瓦 斯 突 出矿 井 ， 水文 地质条 件 中等 。 车集煤矿供电系统情况 地 面 3 5 k V变 电站有 两 回路 电源 进 线 ， 来 自矿 区 1 1 0 k V 中 心 变 电站 ； 1 2条 6 k V出线为井下中央变 电所等 9个变 电所逐 级供电 ， 井下共分 4级供 电。该矿之前采用的是传 统继 电保护 ， 经常会出现井下故障越级跳闸的现象 ， 有时甚至越级到地 面 3 5 k V变电所的出线 ， 造成井 下大面积停电， 严重影响正常生产， 因此 ， 对该矿井 下供 电系统进行防越级跳闸改造 。 目前井下供 电系统供 电级数多， 供电线路距离 短 ， 无法通过时间定值整定配合各级保护， 为 了快速 切除故障， 只能牺牲选择性 。井下供 电系统继 电保 护运行现状如图 2所示。各级变电所速断保护动作 区有重叠 ， 造成了井下供电系统发生故障时， 继电保 护容易 出现越级跳闸现象 ， 扩大事故范围， 影响正常 的安全生产 。图 2中， 当 d 4发生故障时 ， 因其落在 DL - B 1 ， D L A1 ， D L - B 0的无 时 限速 断 保 护 范 围 的重 叠 区域 内 ， 且 没有 时 间配合 ， 均 为速 断 ， 所 以 DL - B 1 ， DL - A1 ， DL - B 0均 会动 作 ， 造 成越 级跳 闸 。 过电流 Ⅲ b △ 0 远后备 无时限速断 I A B C 崩 立 旧 窖 一 ‘ [ 一 ； 里 一 BL - _ A2 d 6 一 d 5 DL - B2 d 4 一 d 0 ．． d 2 ． BL A1 DL． B 0 DL ． Bl DL ． C O DL ． C1 中央 ● 采 区 变电厨 变 电所 保护范 围重叠， 且无时 限配合 下级无 时限速 断I 过电流 Ⅲ f a △ 近后备 图 2 井下供 电系统继 电保护运行现状 3防越级 跳 闸改造 方案 3 ． 1采 用联络 线光 纤差 动保 护 的防越 级跳 闸 系统 中低压系统中对于重要短线路保护往往配置光 纤 差 动保护 ， 光 纤差 动保 护作 为短线 路 的主保 护 ， 动 作选择性和灵敏度都很 高， 一般不需要 与其他级保 护配合L 2 ； 考虑到井下 的运行情况 ， 采用联络线光 纤差 动保 护 的防越 级 跳 闸 系统 ， 即在 各 级 变 电所 的 联络线两端配置光纤差动保 护， 替代无 时限速断保 护； 其余负荷线路保护配置不变， 仍采用无时限速断 保护 ； 保 留联络 开关 的定 时 限速断 保护 。 采用联络线光纤差动保护的防越级跳闸系统如 图 3所示。当联 络线路 发生故 障， 且故 障点 在 d 4 时 ， 因 d 4在 DL B 1 ， DL - C 0的光 纤 差 动 保 护 范 围 内， 而不在 D L AI ， D L B 0光纤差动保护范围内， 并 且 DL A1和 D L B 0均未投入无 时限速断保护 ， 所 以只 有 DL B I ， D L - C O动 作 ， 不 会 造 成 越 级 跳 闸 。 当负荷线路发 生故障 ， 且 故障点在 d 7时 ， 因 d 7在 D L - B 3的无 时 限 速 断 保 护 范 围 内， 而不 在 D L A1 、 D L B 0光纤 差动 保 护范 围 内 ， 并 且 D L A1和 DL B 0 均未投人无时限速断保护 ， 所 以只有 DL B 3动作 ， 也 不会造 成 越级 跳 闸 。 分析可知， 采用联络线 光纤差动保护 的防越级 跳闸系统只需要改造联络线路 的保护 ， 不需要更换 所有保护装置 ， 现场改造工作量较小， 且可以有效地 避 免井 下供 电系 统 的越 级 跳 闸现 象 ， 提 高 供 电稳 定 性 。但是该方案不适用于联络线为 T型接线方式 以及母线发生故 障的情况 ， 因此有一定的局限性 。 2 0 1 5年 第 9期 栾 永春 等 井下供 电 系统 防越级 跳 闸方案 浅析 8 9 A B C 时 立 、 。 旧 鲴 配置定 时限遮 断Ⅱ 图 3 采 用联络线光纤差动保 护的防越级跳 闸系统 3 ． 2基 于 网络 智能识 别 的 防越级 跳 闸 系统 基于网络智能识别 的防越级跳 闸系统采用光纤 网络通信技术 ， 通过上下级保护间的信息快速交互 实现故障定位 ， 满 足保护选择性及速动性要求 。该 系统基于电流 、 时 间、 网络互操作等要素综合分析 ， 实现故 障定位 ； 在开关设 备出现故障导致 开关拒动 时可实现逐级快速后备保护 ； 简化了保护配置 ， 消除 了保 护死 区 。 该 系 统 由继 电 保 护 装 置 以 及 通 信 服 务 器 KHL 1 2 7构成 ， 如图 4所示。光纤通信服务器与综 合保护器之间的信号传递 采用 F P GA技术 实现 ， 保 证系统信号传输的快速性和可靠性r 4 ] 。 } 一 ．A3 ． a氍 一 t d ． 变 电 所 燹 电所 图 4 基于 网络 智能识别 的防越级 跳闸系统 当联络线路发生故障， 且故 障点在 d 4时 ， DL B 1 ， DL B 0 ， DL A1 速断保护 均启 动， 由于故障点 位 于 D L - B 1 保 护范 围内 ， 所 以 D L - B 1保 护装 置通 过通 信服务器 KHL 1 2 7经光纤介质将 闭锁信号传送 至 DL B 0和 DL A1的保护 装 置 图 4中箭 头表 示 闭锁 信号传送途径 ， 收到 闭锁信号 的 DL - B 0和 D L A1 保护装置可靠闭锁 不动作 ， 只有 DL B 1开关正确 动作 ， 切除故障， 不会造成越级跳闸。 当负荷线路发生故 障， 且故 障点在 d 7时 ， DL B 3 ， DL - B 0 ， DL - A1速断保 护均启动 ， 因其落 在 DL C O的保护范 围内， 所 以 D L B 3保护装置通过通 信 服务器 KHL 1 2 7经 光 纤介 质 将 闭锁 信 号 传送 至 DL - B 0和 D L - A1的保护装置 ， 收到闭锁信号的 DL B 0和 DL A1保 护 装置 可 靠 闭 锁 不 动作 ， 只有 D L - B 3开 关 正确 动 作 ， 切 除故 障， 不会 造 成 越 级 跳 闸 。 当母线 发生故 障， 且 故 障点 在 d 3时 ， D L C O ， DL B 1 ， D L - B 0 ， DL A1速断保护均启动 ， 因其落在 DL - C 0的保 护范 围 内 ， 所 以 D L C O保 护装 置 通过 通 信服务器 KHL 1 2 7经光纤介质将 闭锁信号传送 至 D L B 1 ， DL B 0 ， DL - A1的 保 护 装 置 ， 收 到 闭 锁 信 号 的 D L B 1 ， DL B 0 ， D L - A1 保护装置则可靠闭锁 不 动作 ， 只有 D L C 0 3开关正确动作 ， 切除故障， 不会 造成 越级 跳 闸 。 分 析可 知 ， 基 于 网络 智 能识 别 的防越 级 跳 闸 系 统可 以完 全避免 井 下 供 电 系统 的越 级跳 闸现 象 ， 提 高供电稳定性 。这种方案不存在任何保 护死 区， 同 时不 受 电气接 线 的影 响 ， 适 用 于 T 型 接 线 方 式 ； 而 且该方案对电气相序无严格要求 ， 可最大限度地减 小井下供 电系统改造的工作量 。 3 ． 3 车集矿 井下 防越级 跳 闸改造 方案 车集矿防越级跳闸系统中的保护装置集成 了上 述 2种系统， 可通过定值进行选择。车集矿井下供 电系统改造方案 首先采用联络线差动的改造方案 ， 对井下联络线进行改造 ， 该方案工期短 ， 投资小 ， 见 效快 ； 当联络线 改 造完成 后 ， 只需对 未改造 的 回路进 行保护改造 ， 增加相应的通信服务器 KHL 1 2 7 ， 即可 切换 到 基于 网络智 能识别 的煤 矿 电 网防越 级跳 闸系 统 。该 方案彻 底解 决 了井 下供 电系统 的越级 跳 闸问 题 ， 且不存在重复改造带来的资源浪费问题。 4 结语 介绍了三段式 电流保护原理及车集矿供电系统 现状， 通过采用联络线光纤差动保护的防越级跳 闸 系统 和基 于 网络智 能识别 的防越级 跳 闸系统对 车集 矿井下防越级跳闸系统进行改造。改造方案能够准 确地实现故障定位 ， 快速切除故障点， 避免因一点故 障造 成 多级跳 闸 的现象 。 参考文献 [ 1 ]田书 ， 张胜朝 ． 煤矿 自适应 微机 电流 速断保 护 的研 究 [ J ] ． 继电器 ， 2 0 0 7 ， 3 5 2 4 1 - 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