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2 O o 5 年第3 期 煤矿机电 4 3 井下高压电网选择性联锁 自适应过流保护系统研究 吴君， 邹有明， 江均 河南理工大学 电气工程系， 河南 焦作 4 5 4 0 1 0 摘 要 针对煤矿井下高压电网过流保护存在的问题， 利用 自适应电流保护与各级保护间的选择 性联锁， 提出了井下高压 电网新型的选择性过流保护系统方案。 关键词 井下高压 电网； 自 适应电流保护； 选择性联锁 中图分类号 T M 7 7 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 5 0 3 0 0 4 3 - 0 3 S t u d y o n Sele c t iv e I n t e r l o c k a n d Se l f - a d a p t i v e Ov er - c u r r e n t Pr o t e c t iv e Sy s t e m f o r Un d e r g r o u n d Hi g h - v o l t a g e P o we r Ne t wo r k WU J u n ，Z O U Y o u 。 mi n g， J I A N G J u n D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e ri n g ， H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s it y ， J i a o z u o 4 5 4 0 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Di r e c t i n g a t t h e p r o b l e ms o f o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n e x i s t e d i n t h e u n d e r g r o u n d h i s h v o l t a g e p o w e r n e t w o r k，a n d wi t h t h e a p p l i c a t i o n o f s e l f - a d a p t i v e c u r r e n t p r o t e c t i o n a n d sel e c t i v e i n t e r l o c k b e twe e n l e v e l s o f p ro t e c t i o n ， a n e w s e l e c t i v e o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n p r o j e c t f o r u n d e r g r o u n d h i s h v o l ta g e pow e r n e two r k is p ropos e d i n t h e p a p e r ． Ke y wo r d s u n d e r g r o u n d h i s h v o l t a g e po w e r n e t wo r k；s e lf- a d a p t i v e c u r r e n t p rot e c t i o n；s e l e c t i v e i n t e r l o c k 1 引言 过电流是煤矿井下高压电网的常见故障之一， 它直接影响着煤矿井下供 电的安全性、 可靠性和连 续性。井下三级高压线路距离都较短， 传统的过流 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的约束， 不能构成有 效的纵向选择性过流保护系统， 故时有发生短路故 障， 并导致越级跳闸现象， 甚至出现越过多级引起地 面 6 1 0 k V下井电缆开关跳闸现象， 造成井下大面 积停电， 严重时引起井下瓦斯急剧积聚， 威胁矿井和 矿工人身的安全 ， 这是长期存在 的重大安全隐患。 本文拟利用 自适应电流保护的基本原则 ， 结合各级 保护间的选择性联锁 ， 来构成新型的选择性过流保 护系统。 息， 在线计算并修改继电保护的整定值 ， 以获得系统 的最佳保护性能。 2 主要技术分析 传统电流速断保护的设定值 ， 是按系统最大运 行方式下、 线路末端发生三相短路来进行考虑的， 而 过流保护则是按躲过线路的最大负荷来考虑的。这 种按最严重的条件确定保护设定值的方法， 能够保 证在所有可能的正常与故障条件下， 都不会错误地 切断被保护的线路。但这样 的设定值 ， 在其它运行 方式下不是最佳的， 尤其在最小运行方式或最不利 的短路条件下 ， 会使保护失效或性能严重变差。而 自适应继电保护， 可使保护尽可能地适应电力系统 的各种变化 ， 进一步改善保护 的性能 ， 因此， 它们能 够真正达到选择性 、 灵敏性 、 可靠性和安全性的各项 要求。 2 自适应过流保护基本原则 3 新型的过流保护系统方案 1 自适应过流保护基本原则 根据电力 系统运行方式和故障状态 的变化信 1 系统保护设置 图 1为煤矿井下高压供 电系统简化 图， 是一个 维普资讯 4 4 煤矿机电 2 0 0 5年第3 期 单侧电源的三级 电缆供电线路。图中各级断路器 1 Q F 、 2 Q F 、 3 Q F 所设的保护均为短限时速断和反 时限过流保护 ， 其中短限时速断为主保护， 保护线路 全长并作为下一级 的远后备保护， 反时限过流保护 作为本线路的后备保护 。在每一级保护上均设置有 联锁控制单元 ， 如图中 D K 。 、 D K 、 D K ， ， 沿线设置有 联锁控制线 ， 使 3 Q F和 2 Q F联锁，2 Q F和 1 Q F联 锁 ， 构成了一个选择性联锁控制电路。此外 ， 各级保 护均具有瞬时起动， 延时 0 ． 2～ 0 ． 3 s 跳闸的功能。 地 面变 电所 井下中央变 电所 采区变 电所移动变电站 图1 煤矿井下高压供电系统 2 自适应过电流保护整定 1 自适应电流速断保护 短限时速断采用了自适应整定电流设定值法， 现根据故障类型和电网运行方式的变化在线修改设 定值， 以增加灵敏性和选择性。自适应 电流速断保 护的设定值为 ， ， 一 墨 h] d ．t ． 1一 Z o t Z， L J 式中 K k 一可靠系数 ； 一 故障类型系数； E 一等效系数 ； z 一系统电源等效阻抗 ； ≥O 一设定的线路保护范围系数 ； z 一被保护线路全长阻抗值。 由式[ 1 ] 分析， z 与运行方式有关 。当发生三 相短路时， 值可取 1 ， 发生两相短路时， 可取,／ X ／ 2 。 为保证 自适应电流速断能保护线路全长 ， 并改虑到 电流和电压互感 器误差及保护 的计算 误差 ， 可取 1 ． 1～1 ． 2。 由式[ 1 ] 求得 一 [ 2 ] 』啊 式 中 、 分别为线路发生故障时 ， 保护安装 处的电压和电流的故障分量 发生短路时 ， 由保护 设置处的实测电压 、 电流减去故障前 的电压、 电流分 量 ， 利用微机保护装置 中存储器的存储记忆功能 可方便求得。 等效电势 E可表示为 E ， m Z [ 3 ] 式中 、 ， m为保护安装处的电压和电流。 2 自适应过流保护 设最大负荷电流为 ， 一 ， 则过 电流保护起动电 流设定值为 ． I Q 一 K I H 一 [ 4 ] 式中 K系数通常取 K1 ． 5 。根据式 [ 4 ] 可选 用保护装置对应的反时限特性曲线t ， 。 当线路 故障时， 在线路电流小于 ， 一的情况下， 按上述特性 动作的过电流保护将不能检出故障但是通过对负荷 电流的实时监视 ， 可根据实际负荷电流 自动改变 电流动作值 ， 调整 为更 为灵敏 的反 时限特性 曲线 t ， 。 过流保护以0 ． 6 s 作为基础延时， 便于与本 级的短限时速断相配合。 3 选择性联锁控制电路 本方案是采用 自适应电流整定结合各级保护间 的选择性联锁控制电路 D K 。 ～ D K 3 来实现可靠 的过 流保护的纵向选择性 。当在 K 点发生故障时， 保护 3必然起动 ， 此时不论保护 1和 2是否起动， 保护 3 在使 3 Q F瞬时跳闸的同时， 通过联锁控制电路 D K 闭锁 2 Q F的跳 闸回路 ， 进而通过 D K 2闭锁 1 Q F的 跳闸回路 ， 保护 2与保护 1 进入短延时 ， 此时因故障 切除， 线路 2和线路 1 恢复正常， 故经 0 ． 2 s 短延时 后， 虽然 D K 解除对 2 Q F 、 1 Q F的闭锁， 这两级开关 也不会误跳闸。当在 K 点发生故障时， 保护 3不起 动， 保护 2 必然起动 ， 此时不论保护 1 是否起动， 保 护在使 2 Q F瞬时跳 闸的同时， 通过联锁控制 电路 D K 闭锁 1 Q F的跳闸回路， 保护 1 进入短延时， 此 时因故障切除 ， 线路 1已经恢复正常 ， 故经 0 ． 2 s 短 延时后， 虽然 D K 解除对 1 Q F的闭锁 ， 1 Q F也不会 误跳闸。同理在 K 。 点发生短路故障时 ， 将 由 1 Q F 切除故障。 4 结语 1 利用 自适应原理在线实时整定计算 ， 使保 护装置能更精确把握电网的实际运行状态， 不受 系 统运行方式、 短路类型等因素的影响， 使保护性能始 终处于最佳状态。 2 新型的过流保护系统方案实现了井下高压 电网过流保护的纵 向选择性 ， 具有较高的灵敏度和 可靠性 ， 为解决井下高压电网因短路故障引发越级 维普资讯 2 0 0 5 年第3 期 煤矿机 电 4 5 智能超声波测距传感器在测井仪中的应用 管连俊， 李威 中国矿业大学 机电学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘 要 本文提出一种基于超声波发送接 收测距模块 、 低功耗 MS P 4 3 0系列单片机控制模块和 R S 4 8 5通讯协议通信模块的整合智能超声波测距传感器 ， 可与测井仪上位机通过通讯实现对传感 器的控制。 关键词 测井仪； 超声波传感器 ； 单片机 ； MS P 4 3 0 ； R S 4 8 5通讯协议 中图分类号 T H 7 6 1 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 5 0 3 0 0 4 5一 o 4 Th e Ap p l i c a t i o n o f I n t e l l i g e n t Ul t r a s o n ic Di s t a n c e - me a s u r i n g Tr a n s d u c er i n Ca l i p e r s L o g g i n g G U A N L i a n -j u n ， L I W e 0 Me c h a t r o n ic s E n g i n e e ri n g C o l l e g e ， C h i n a U n i v e r s it y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C h in a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r a n i n t e l l i g e n t u l t r a s o n i c d i s t a n c e me a s u rin g tr a n s d u c e r i n t e g r a t i n g d i s t a n c e me asu rin g mo d u l e b ase d o n t h e e mi s s i o n a n d r e c e i v i n g o f u l t r a s o n i c w i t h c o n t r o l mo d u l e b a s e d o n MS P 4 3 0 s e ri e s S CM a n d c o mmu n i c a t i o n mo d u l e b ase d o n p r o t o c o l RS 4 8 5 i s p u t f o r w a r d ． Th e c o n t r o l o f t r a n s d u c e r c a n b e r e a l i z e d b y c o mmu n i c a t i o n b e t we e n t h e t r an s d u c e r an d u p p e r c o mp u t e r o f c ali p e rs l o g g i n g ． Ke y wor d s c a l i p e rs l o g g i n g；u l t r a s o n i c t r a n s d u c e r ；S CM；MS P 4 3 0；p r o t o c o l RS 4 8 5 1 引言 煤矿立井通常采用钻井法施工 ， 在施工过程中 可对己成井孔的井径 、 井斜进行测量 ， 根据测得数据 来确定井孔的偏斜程度及判断井壁有无塌方、 缩径 等现象， 以便及时采取措施防偏、 纠偏 ， 控制偏斜率 ， 保证成井井筒质量。对井径、 井斜进行测量的方法 一 般有灯光测量法、 重锤打印测量法 、 机械测井仪测 量法和超声波测量法等。前两种测量方法测量精度 低， 不能连续测量 ， 无法测出井径 ， 目前主要采用后 两种测量方法 。超声波井径、 井斜测量具有测量精 度高， 使用方便， 测量结果直观等特点， 它是一种非 接触式的检测方式。与其它方法相 比， 它不受光线 、 跳闸， 造成大面积长时停电的安全隐患提供了一个 可行的技术方案。 参考文献 [ 1 ] 范春菊． 自 适应式电流速断保护方案 [ J ] ． 电力 自动化设备， 被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、 有灰 尘、 烟雾、 电磁干扰、 有毒等恶劣的环境下有较强适 应能力。因此， 在料位测量、 车辆自动导航、 物体识 别等方面得到广泛应用。特别是应用于测距， 由于 超声波在传播介质中波速较慢 ， 其回波信号中包含 的沿传播方向上的结构信息很容易检测 出来， 具有 很高的分辨力， 其准确度也较其它方法高， 而且超声 波传感器具有结构简单、 体积小、 信号处理可靠等特 点。 作者新研制的智能超声波测距传感器装在测井 仪支架上构成超声波测井仪 ， 传感器采用 9 V电池 供电， 只需一根电缆与井上进行数据通讯 ， 避免了传 统超声波测井仪所需的大量供 电和通信电缆， 以及 1 9 9 9 3 作者简介 吴君 1 9 7 9 一 男， 在读硕士研究生。现主要从事井下供 电安全与微机保护技术方面的研究。 收稿 日 期 2 0 0 4 1 2 2 4 ； 责任编辑 姚克 维普资讯