煤矿供电防越级跳闸常用方案探究.pdf

2020 年 5 月2020 年第 5 期 供电系统对于保障矿井安全生产至关重要，一旦 发生供电故障，就会造成停电停产，甚至危及安全生 产。通常，矿井供电系统中会安设各类保护装置，以 此来保障供电安全，但是电路保护装置有时会因各种 原因发生误动作或者越级跳闸问题。例如在中国煤 矿井下常用的 6 kV/10 kV 供电线路中，常发生因过流 整定难度大而引发的过流保护动作问题，也就是过流 短路时的越级跳闸问题，从而导致保护动作后受影响 的供电范围扩大，影响井下正常供电及安全生产[1-3]。 本文针对煤矿井下供电中常见的几类越级跳闸问题， 基于现场统计资料及数据对跳闸原因进行分析，结合 当前治理越级跳闸问题的成功案例和经验，对越级跳 闸控制的常用方案进行探究，从而为类似受越级跳闸 问题困扰的矿井提供一定的参考。 1常见越级跳闸原因分析 越级跳闸均是非正常发生的，是由于供电保护偏 离设计方向。引发越级跳闸的原因较多，下面对常见 的越级跳闸原因进行分析。 a 短路保护整定计算不合理。井下高压短路保护 的整定计算，其整定值基于躲避最大负荷电流，小于 按短路电流整定得到的值，当线路发生短路故障后， 沿线保护均动作，短路电流依次冲击各段线路，各级 开关连续发生保护动作，造成越级跳闸事故的发生， 这在越级跳闸的多种原因中是最为常见的。短路保护 整定计算不合理时的跳闸范围如图 1 所示。当短路保 护的整定值设置为 Izd2时 （ 按躲过线路最大负荷电流整 定） ，短路保护范围为 l2，涵盖整个供电线路的出线开 关 A、B、C，即发生越级跳闸；而电流整定值的合理 值应定为 Izd1，当发生短路故障时保护断电的范围为 l1， 即当下级电路短路时，不会导致上级电路越级跳闸。 L.线路长度；Ik.短路电流；A、B、C.地面变电站、井下中央变电站、 采区变电站的出线开关。 图 1短路保护整定计算不合理时的跳闸范围图 b 线路较短时易导致越级跳闸。在煤矿井下供电 中，有的线路较长，可达几千米甚至上万米，而有的线 路则较短，供电距离仅有数百米或不足 100 m。短距离 供电线路中阻抗值较低，保护难度在于发生故障时线路 始末两端的故障电流差别不大，区分难度大，不易确定 保护灵敏度系数，容易导致越级跳闸的频繁发生。 c 失压保护导致的越级跳闸。根据行业规定，矿 井供电中高压隔爆开关应配备失压脱扣装置，当脱扣 装置测得电压低于额定电压的 35时，必须启动失压 保护，使开关分闸；当电压高于额定电压的 65时， 则不应使开关分闸；当电压介于额定电压的 35耀65 收稿日期2020-03-12 作者简介荣翔，1975年生，男，山西大同人，2010年毕业于太 原理工大学电气自动化专业，工程师。 煤矿供电防越级跳闸常用方案探究 荣翔 （ 同煤集团煤峪口矿，山西 大同 037041 ） 摘要 越级跳闸是在为矿井供电提供保护的过程中常碰到的问题，对矿井供电及安全生产造成较大威胁。基于现场 实践经验及各类参考资料对常见越级跳闸的原因进行了分析，并详细阐述了电流纵联差动保护和通信级联闭锁两种防越 级跳闸方案，具有一定的理论价值和实践指导意义。 关键词 供电系统；防越级跳闸；电流纵联差动保护；通信级联闭锁 中图分类号 TD611文献标识码 A文章编号 2095-0802-202005-0125-02 Research on Common Schemes for Preventing Override Trip of Coal Mine Power Supply RONG Xiang Meiyukou Coal Mine, Datong Coal Mine Group, Datong 037041, Shanxi, China Abstract Override trip is a common problem in the process of providing protection for mine power supply, which poses a great threat to mine power supply and safety production. Based on the practical experience and various reference materials, this paper analyzed the causes of common override trip, and expounded two anti-override trip schemes of current longitudinal differential protection and communication cascade locking in detail, which has certain theoretical value and practical significance. Key words power supply system; anti-override trip; current longitudinal differential protection; communication cascade locking （总第 176 期） 技术研究 Ik Izd1 Izd2 O l2 L l1 ABC 125 2020 年第 5 期2020 年 5 月 （上接 124 页） 之间时，可依据具体条件整定。当故障发生在距离供 电母线较近的位置时，会导致母线瞬时失压，从而启 动母线上所有高压开关的失压保护脱扣装置，甚至上 级供电也会启动失压保护，导致越级跳闸事故的发生。 d 因负荷变化导致线路电流变化、整定电流未及 时调整也易引起越级跳闸；电流互感器 （CT ） 保护线 圈的启闭范围及误差与电流整定不匹配也会引起越级 跳闸；线路保护装置损坏或失灵，保护装置对故障判 断错误等，也会引起越级跳闸。在实际工作中应具体 情况具体分析，只有在分清越级跳闸原因的前提下才 能采取合理的措施去防治。 2两种有效的防越级跳闸方案 中国在防治越级跳闸的实践中积累了许多成功经验， 根据常用的防治手段，可对越级跳闸方案进行分类探究， 包括电流纵联差动保护方案、通信级联闭锁方案、数字 化协同保护方案和智能变电站集中控制方案等[4-6]。篇幅 所限，基于实践经验，只介绍前两种常规方案。 2.1电流纵联差动保护方案 该方案的核心是电流纵联差动保护，以基尔霍夫 电流定律为基础，在电路两端进行保护装置的纵联，比 较两个电流值，从而判断故障是发生在两处保护装置之 间还是之外，即判断是外部故障还是内部故障。如果是 内部故障，则将该段电路切除；如果是外部故障，则向 外部继续判断。该方案判断内外部故障的原理如图 2 所 示。当系统发生外部故障时，测得电路 A、B 两端的电 流值 IA与 IB一致，保护不启动，并继续寻找外部故障 点 K1；当系统发生内部故障时，IA与 IB不一致，出现 故障点 K2，即可对该段线路内部的开关实施跳闸动作。 通过内外部故障的准确识别来防止越级跳闸的出现。 a 外部故障 b 内部故障 图 2电流纵联差动保护防越级跳闸原理图 2.2通信级联闭锁方案 该方案的工作原理是在纵向关联的上下级线路中 进行有效通信，当监测的线路内有短路故障发生时， 保护装置均将所测得的短路信号向上级发送，同时本 级开关延时动作 （ 一般延时 10耀50 ms ） ，等待下级开关 传递的信号。若在延时期内没有下级开关传递来的信 号，则判断为本级线路故障，直接跳闸断开电路。通 信级联闭锁防越级跳闸原理如图 3 所示。当供电线路 中 K 处出现短路故障时，QF1耀QF5 开关的保护装置均 能测得短路信号，并自 QF1 开始均向上级开关发送短 路信号。在常规的延时期 T1内，暂不发出跳闸指令， 待延时期 T1过后，只有 QF1 无下级传递的短路信号， QF1 直接进行跳闸动作；QF1 跳闸后，若系统监测到故 障已排除，则说明 QF1 已切除故障线路，QF2耀QF5 段 的线路经过 100耀200 ms 的断路器分断时间后恢复正 常，从而消除了越级跳闸。 图 3通信级联闭锁防越级跳闸原理图 3结语 越级跳闸事故在矿井供电系统中较为常见，对矿 井供电及安全生产造成较大威胁，必须妥善防治。基 于实践经验，在总结实践及参考文献的基础上，分析 了常见的越级跳闸原因，并详细阐述了电流纵联差动 保护和通信级联闭锁两种防越级跳闸方案，对供电安 全管理具有一定借鉴和指导意义。 参考文献 ［1］ 孙继平.煤矿信息化自动化新技术与发展 ［J］ .煤炭科学技术， 2016， 441 19-23. ［2］ 吴俊峰.煤矿供电新型防越级跳闸系统的应用 ［J］ .机电信息， 201935 54-55. ［3］ 尹成迅， 潘献全.煤矿供电系统越级跳闸研究 ［J］ .煤炭科学技 术， 2011， 396 66-69. ［4］ 姜明学.一种煤矿井下供电短路越级跳闸试验方法 ［J］ .煤矿 机电， 2019， 405 94-97. ［5］ 王超， 杜英， 苟全峰， 等.煤矿供电系统中越级跳闸问题研究 ［J］ . 煤炭技术， 2018， 3710 312-314. ［6］ 李文俊， 程志伟， 薛忠新， 等.基于光纤通信的防越级跳闸方案 设计和应用 ［J］ .电力系统保护与控制， 2015， 4321 131-135. （ 责任编辑刘晓芳 ） IA AB IB K2 IA A B IB K1 QF1QF2QF3QF4QF5 采区变电站井下中央变电站地面变电站 K 参考文献 ［1］ 赵峻漾.矿山机械设备管理与维护保养分析 ［J］ .冶金管理， 20201 135. ［2］ 李仕珍.对矿山机械设备管理与维护保养的探究 ［J］ .智能城 市， 2019， 519 82-83. ［3］ 赫建成.浅析如何搞好矿山机械设备管理与维护保养 ［J］ .世 界有色金属， 20168 76-78. ［4］ 杨光金.浅析矿山工程机械的使用与维护保养 ［J］ .科技创新 与应用， 20164 99. （ 责任编辑刘晓芳 ） 126