煤矿高压开关短路越级跳闸问题解决方案.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 - 1 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 煤矿高压开关短路越级跳闸问题解决方案 黄延庆* 作者简介黄延庆（1985-），男，电力系统及其自动化. E-mail 286809042 （中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 221008） 摘要越级跳闸事故是煤矿井下的常见事故，如果越级到上级采区变电所跳闸,不但造成井 下大面积停电,影响采区生产,还会影响井下各级风机工作,引起瓦斯积聚。如果越级跳闸引 起地面井下中央变电所进线馈出柜断路器跳闸,将会造成整个煤矿生产系统瘫痪,严重威胁 矿井及人身安全。本文分析了其产生原因并根据现场条件提出了相应的解决方案。 关键词 越级跳闸；保护改造；通信闭锁 Solution to over tripping short circuit problem of high voltage switch in coal mine Huang Yanqing School of Ination and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Jiangsu Xuzhou 221008 Abstract Over tripping short circuit is a normal accident in coal mine .when it happens, there will be not only a large scale power cease which affects the production ,but also affects the fans work so that the gas will accumulate soon. Whats more, if the main transer substation trips,the whole work will stop and threaten the workers and the equipments. This paper analyzes the cause of the accident,and propose the solution of the problem. Key words over tripping accident; re of the protect equipment; communication losedown 0 引言引言 我国煤矿井下高压电网，因受经济、技术等各种因素的限制，大都是由多段短电缆 100-1200 m/段组成的逐级控制干线式纵向网络，传统的短路保护方法，因各段短路电流幅 值相差较小，时限设定受上级供电部门继电保护时限与煤矿安全规程的约束，故不能构 成有效的纵向选择性短路保护，发生短路故障时，导致越级跳闸是不可避免的。有的矿井甚 至越过多级开关，引起地面 6-10 kV 下井电缆开关跳闸，造成井下大面积长时停电[1][2]，为 此，有必要对此保护机理进行深入研究分析，对井下供电连续、确保安全生产具有十分重要 的意义。 1 越级跳闸原因越级跳闸原因 目前使用的井下高压防爆开关在选型上没有和地面变电所的供电设备合理配套， 特别是 在保护器的配合上没有合理的整定， 由于煤矿井下供电的特殊性， 即速断保护的无时限特性， 更给保护器的选用和整定带来了技术难题， 目前国内的短路保护要求动作时间为小于0.2秒， 也就是直接向井下供电的最上一级开关的短路保护动作时间为 0.2 秒，在这样的时间范围内 实现时间上的配合无论在理论上还是在现有的设备制作水平上都是很难实现的。 选择性漏电保护出现选线不准，主要跟以下情况有关1）接地现象非常复杂可分为瞬 时性接地、 稳定性接地等， 其中每种方式又包括直接接地、 电阻性接地、 电弧性接地等类型。 从而造成故障信号的复杂性。2）零序电流互感器特性不一致以及互感器遇到极小信号、极 大信号和奇异信号时的严重失真，给信号识别造成困难。3）电网中木身含有大量不确定谐 - 2 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 波，对基于谐波原理的保护造成影响。4）电网系统参数的影响，主要是系统对地电容的大 小、系统的平衡程度、电网补偿程度、变电所线路的多少以及线路的长短等。 1.1 造成煤矿井下高压供电速断越级跳闸的分析造成煤矿井下高压供电速断越级跳闸的分析 目前使用的高压防爆开关动作时间保护器动作时间高防开关固有动作时间。 保护器动作时间保护采样时间单片机处理时间继电器输出时间0.04S1/∞0.02S 0.06S（1/∞为无穷小）。 高防开关固有动作时间24V跳闸电磁铁的动作时间跳闸机构动作时间真空断路器动 作时间0.08S0.1S8mm/（1000*1m/S）0.188S 当发生短路时总的速断动作时间为 保护动作时间保护器动作时间高防开关动作时间0.06S0.188S0.248S 就开关本身和保护器本身来讲，动作时间均满足要求，但在一起配套使用时，时间却大 于 0.2S 即 0.248S。 目前地面向井下供电的最上一级开关即普遍使用的 GGI-A 型高压开关柜 总的速断动作时间为小于 0.2S。 由于地面的高压开关柜和井下的高压防爆开关在一起配套使用，当井下发生短路故障 时， 由于地面的高压开关柜动作快于井下的高压防爆开关， 这就是经常越级跳闸的重要原因 之一。 2 越级跳闸问题解决方案越级跳闸问题解决方案 2.1 利用继电器改造的越级跳闸解决方法利用继电器改造的越级跳闸解决方法 根据现有设备动作时间对比后进行改造，缩短了保护动作时间,将井下高压防爆开关的 智能综合保护器的采样、处理、输出等冗余环节作为后备保护，加以更为纯粹直接的电流速 断保护，电流继电器采用比 GL 型动作时间更快的电流继电器。 图 1 电流采集 图 2 跳闸控制 Fig.1 Current measurement Fig.2 Trip control 由此原因将高防开关原电流互感器 2K1,2K2 去电流源部分不用，新增加 DL-32 两个电 流继电器， 作为短路保护的主保护， 原开关综保短路保护作为后备保护。 改造后如图 1 所示， 控制部分见图 2。改造后，缩短了 BGP 型开关短路保护速断的跳闸时间，由于直接作用于 电流继电器，井下高压防爆开关的动作几率增大，越级跳闸几率大大减少。 2）完善保护整定优化地面与井下的配合方案,在满足保护可靠系数的条件下地面可适 - 3 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 当放大速断保护定值，同时尽量缩小过流保护时限定值，作为短路保护的后备保护，使入井 回路电缆与采区保护实现分段保护； 在满足设备运行的前提下， 井下尽量缩小速断保护定值， 并且保证保护配合不能存在死区。 2.2 利用通信闭锁功能的微机速断短路保护利用通信闭锁功能的微机速断短路保护 图 3 煤矿井下高压供电系统 Fig.3 Underground high-voltage power supply system 文献[3]提出了利用行波奇异点与小波变换模极大值的对应关系,通过实时计算电缆中的 行波波速,对故障点进行准确定位,采用微机的逻辑判断来构建更加快速、具有选择性的多级 控制干线式供电网络保护系统。 但是鉴于目前高压微机保护装置的硬件条件， 该方法在理论 上可行， 现场应用还有一定困难。 针对以上问题， 本装置通过多机通信， 实现故障通信闭锁， 从而做到快速切断故障线路， 避免煤矿井下高压电网因越级跳闸而造成大面积停电， 这对井 下连续供电、确保安全生产具有十分重要的意义。 该方法需要通过高压微机保护装置通讯口将该保护装置与其上级的所有高压保护装置 进行联机通讯，即在每一级的高压保护装置中,除末端外速断保护均设 10 mS 延时,在此延时 阶段,该级保护装置将故障信息传输到上级所有保护装置中。当高压开关微机保护装置检测 到的电流大于短路保护的整定值时， 就向所有上级保护发出闭锁信号； 当检测电流小于短路 保护的整定值时则不发闭锁信号。 保护装置只有在未收到闭锁信号， 且检测到的电流大于短 路保护的整定值时保护才迅速动作于跳闸。 当下级开关因为某种原因造成无法切除故障， 且 下级保护已经发出了闭锁信号， 为了能使上级保护起到后备保护作用， 上级保护在经适当的 延时后动作于跳闸。一般延时可取N*100mSt∆。其中，N 为收到的所有下级保护发送闭 锁信号的开关个数；100 mS 是煤矿安全规程规定的开关短路保护的最大动作时间；t∆ 是考虑各种误差的影响，一般也可取 100 mS。 如图 3 所示，假设 K3处发生短路故障，在 1 K、 2 K、 3 K处的保护装置判断出短路故 障后， 3 K处的保护装置在 10 mS 之内向其上级 2 K、 1 K处的保护装置发出故障信息。 同时， 2 K处保护装置也在 10 mS 之内向其上级 1 K处的保护装置发出故障信息。通过下级保护装 置对上级保护装置的故障通讯， 1 K处的保护装置接收到来自 3 K和 2 K处 2 个故障信息，然 后通过程序控制使 1 K处保护装置延时 300 mS即接收到一个故障信息增加 100 mS再跳闸， 作为下两级的后备保护。 2 K处的保护装置接收到 1 个故障信息 3 K处故障信息后，通过程 序控制使 2 K处保护装置延时 200 mS 再跳闸，作为下一级的后备保护。而 3 K处保护装置作 为末端，立刻跳闸切除故障。若 3 K处保护装置拒动，则经 200 mS 延时后， 2 K处保护装置 跳闸切除故障。若 2 K处保护装置也拒动，则 300 mS 延时后 1 K处保护装置跳闸切除故障。 - 4 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 在 2 K处发生短路故障时， 1 K处的保护装置接收到 1 个故障信息 2 K处故障信息后，通过 程序控制使 1 K处保护装置延时 200 mS 再跳闸，作为下一级的后备保护。由于未收到故障 信息， 2 K处保护装置延时 10 mS 后跳闸切除故障。同理分析，在 1 K处发生短路故障时， 由于未收到故障信息， 1 K处保护装置延时 10 mS 后跳闸切除故障[4,5,6]。 保护装置采用了 CAN 通信网络作为速断保护联锁接点信息的辅助手段，以保证联锁信 息的可靠与准确。 CAN控制器工作于多主方式， 网络中的各节点都可根据总线访问优先权取 决于报文标识符采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，在通信距离较长时 也可采用长线驱动器或光纤转化机提高传输距离。 利用通信网络可以实时传输数据， 作为接 点互锁的辅助判据， 使速断保护动作选择性能更加可靠， 解决了井下高压电网因短路故障引 发越级跳闸，造成大面积长时停电的安全隐患。 3 应用应用 枣矿集团的高庄煤矿下变电所 6kV 高压已经改造完成自动化集控系统，并实现了井下 变电所的无人值守， 由地面 35kV 变电所进行远程监控， 而通信延时和开关机械合闸需要较 长时间，由于采用 485 通信方式，状态采集需要进行轮询，合分闸信号采集过程有时长达 2 分钟， 而且由于机械机构原因有些高防开关需要多次合闸才能成功。 因此改造前经常发生越 级跳闸事故，最频繁的月份发生 11 次越级跳闸事故，最严重的一次事故，由于整定不当发 生了越级跳闸是的负荷集中到了一路， 进而又发生了线路过载， 并逐级跳闸， 最后引起 35kV 变电所跳闸，造成井下停电 2 小时，严重影响了生产。针对以上问题，我们对原有的高压综 合保护器进行了整体的改造，首先对高防开关进行改造，增加了如图 1，2 所示的继电器以 保证超过短路速断电流时优先就地跳闸， 避免事故扩大， 从此之后越级跳闸事故发生的次数 明显减少，为了进一步杜绝越级跳闸的发生，将井下的保护器进行了改造，由原来的 485 通信改为将 CAN 通信，不仅通信的稳定性得到加强，而且通信的速度更快，为上文所提及 的通信闭锁提供可能，系统自改造运行半年来，运行稳定、可靠，短路引起的越级跳闸事故 没有发生。 4 结论结论 本文给出了煤矿井下高压开关越级跳闸问题的解决方案， 根据现场条件的不同， 可以分 别利用增加电流型继电器， 以及使用通信闭锁功能的微机保护器的方法可以实现对越级跳闸 这一常见事故避免。通过在枣矿集团下属多个煤矿的改造，本方案解决了越级跳闸问题，安 全及高效生产得到了保障。 [参考文献参考文献] References [1] 吴文瑕，陈柏峰，高燕.井下电网越级跳闸的研究及解决建议[J].工矿自动化，2008，6136-138. 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