煤矿井下供电网络防越级跳闸装置的应用研究.pdf

当代化工研究 Q7 Modem Chemical Research 7 I2020 10 技术应用与研究 煤矿井下供 电网络防越级跳闸 装置的应用 研究 *葛强 邙日煤集团机电设备管理中心山西045200 摘耍由于井下供电网络大量餉采用了并行短距离线路布设方案，当发生短路故障时，无法有效的对故障进行隔离，极易出现越级跳闸 事故，导致井下大范围丝网络故障，同时故障发生后极难对故障位置进行判断，需要花费大量的时间进行故障排查和修复，给井供电安全 造成了极大的隐患.本文提出了一种新餉井下供电网络防越级跳闸装置，该装置采用了基于电流纵联差动保护原理和故障主动定位技术， 能够实现对供电网络故障的及时定位和隔离，有效时保护井下供电网络的运行安全、缩短故障处理时间.根据实际应用表明该防越级跳闸 装置具有可靠性高、稳定性好、故障定位精确的优点，能够将供电网络故障的概率降低73,将故障处理时间降低90以上，极大的提升了 煤矿井下的供电稳定性和可靠性. 关键词供电网络；防越级跳闸；信号闭锁；故障定位 中图分类号TD 文献标识码A Research on Application of Anti-leapfrog Tripping Device of the Underground Power Supply Network in Coal Mine Ge Qia n g El e c tr o me c h a n ic a l Equipme n t Ma n a ge me n t Ce n te r o fYa n gme i Gr o up, Sh a n xi, 045200 Abstract As a large number of underground power supply networks adopt the layout scheme ofparallel short-distance lines, when a short- circuit fault occurs, thefault cannot be effectively isolated, so leapfrog tripping accidents will easily occur, and it results in a large range ofunderground network faults. At the same time, it is extremely difficult to judge the fault location after the fault occurs, and it takes a lot of time to troubleshoot and repair the fault, thus causing great hidden dangers to the safety of underground power supply. In this paper, a new anti-leapfrog tripping device for underground power supply is proposed. The device adopts the principle of current longitudinal differential protection and active fault location technology, which can realize the timely location and isolation ofpower supply network fault, effectively protect the operation safety of underground power supply network and shorten the fault processing time. The practical application shows that the device has the advantages of high reliability, good stability and accurate fault location. It can reduce the probability of power supply network fault by 73, reduce the fault processing time by more than 90, and greatly improve the stability and reliability of power supply in coal mine. Key words power supply network； ； anti-leapfrog trippings signal lockings fault location 引言 煤炭作为应用最广泛的能源资源，在国民经济发展中占 据着十分重要的地位，随着煤矿井下综采自动化水平的不断 提升，以采煤机、刮板输送机、液压支架等自动化程度高、 稳定性好的综采机械设备不断投入应用，在设备启动、停止 的过程中会产生极大的冲击电流，在应用过程中所消耗的电 量大，给井下的供电系统的供电稳定性带来了极大的隐患， 导致极易出现供电系统短路等异常，由于多数井下供电线路 的短距离布设结构导致系统很难及时对短路故障进行隔离， 进而导致了连续性的越级跳闸事故，使故障范围迅速扩大， 同时由于大范围的网络故障，导致在排查事故和修复时需要 耗费大量的人力和物力，严重影响了煤矿井下的综采作业安 全几因此本文提出了一种井下供电网络防越级跳闸装置， 该装置采用了基于电流纵联差动保护原理和故障主动定位技 术，能够迅速的对短路故障进行跳闸保护，防止事故的进一 步扩大，同时系统自动对故障位置和原因进行分析，便于维 修人员快速处理网络异常，根据实际应用表明该防越级跳闸 装置具有可靠性高、稳定性好、故障定位精确的优点，能够 将供电网络故障的概率降低73,将故障处理时间降低90以 上，极大的提升了煤矿井下的供电稳定性和可靠性。 1.防越级跳闸整体结构 根据煤矿井下电网分布结构和实际的防越级跳闸安全需 求，本文所提出的煤矿井下防越级跳闸系统主要包括了管理 层、网络层和间隔层三个部分，系统中的网络数据通信采用 了光纤数据通讯结构，各个设备之间的数据传输均通过光纤 来完成，实现数据信号传输的抗干扰性、快速性和精确性， 该防越级跳闸装置结构如图1所示切。 图1煤矿井下防越级跳闸整体结构示意图 由图1可知，该防越级跳闸系统整体分为三部分。 管理层即安全管理中心，主要用于对整个供电网络的安 全性和运行状态进行监控，发布控制指令等，是整个防越级 跳闸控制系统的核心。 网络层主要是负责整个防越级跳闸系统的数据通信， 是连接地面和地下控制中心的核心，主要包括了数据网络及 GOOSE交换机设备及各种标准通讯协议和数据接口，对确保防 越级跳闸系统的工作稳定性和安全性具有十分重要的意义。 技术应用与研究 2020 ・ 10 QO 当代化工研究 7 O Modem Chemical Research 间隔层主要包括了地面线路保护装置和煤矿井下综合保 护装置，地面线路保护装置主要是对地面上的网络控制分站 进行测量、保护和控制。井下综合保护装置是防越级跳闸保 护系统最核心的部分，主要用于防止井下网络在短路情况下 的越级跳闸。 2.电流纵联差动保护原理 供电网络的电流纵联差动保护同原理实质上是利用光线网 络将电网保护区域内上下游的综合保护装置进行连通，根据实 时监测到的上游保护装置和下游保护装置处的电流值和电流相 位，来对线路的运行情况进行判断，该方案能够简单、快速的 判断出电网故障是否属于该区域，进而决定保护装置是否进行 保护动作，该电流纵联差保护原理如图2所示⑷。 QF1 -□ Zb- QF3 QF2 -a 匕 k h /h /i QF5 QF4 地面变电站 井下中央变电站 采区变电站 图2电流纵联差保护原理示意图 由图2可知，假设该电路在K点处发生了短路异常，则线 路下游保护装置2和保护装置1处的电流均近似为零，此时位 于异常点K上游的保护装置3处的电流就是该线路内的异常电 流，通过电流纵联差保护线路，该综合保护装置能够同时获 取保护装置3处和保护装置2处的电流，然后系统对获取的两 处电流的差值进行计算，由于此时保护装置2处的电流几乎 为零，因此系统计算出的差值基本和保护装置3处的电流值 一致，此时根据系统预设的判断逻辑即可判定此异常出现在 该线路区间，因此就会直接控制保护装置3执行跳闸保护， 避免故障范围的进一步扩大。 同时系统也对-线路两端的保护装置4和保护装置5处的 电流情况进行检测，对两处的电流差值进行实时判断，由于 该处线路无异常，因此保护装置4和保护装置5处的电流值大 小一致，两处的电流差值为零，根据系统预设的判断逻辑即 可判断线路异常不再该线路区间内，从而防止了保护装置4 和保护装置5处的越级跳闸保护。 3.电网故障主动定位技术 为了对电网故障时的故障位置进行精确定位，提升矿 井电网故障的处理速度，确保井下综采作业的顺利进行，本 文提出了一种基于工作电流相位突变的电网故障主动定位技 术，该技术的原理如图3所示⑸。 与线路内的负荷电流无法同时满足超前或者落后，而正常线 路两端的电流则可以同时满足相对于负荷电流的超前或者之 后，因此在防越级跳闸系统内即可利用该原理实现对故障位 置的主动定位和报警，实现对供电异常的快速处理，根据实 际应用表明实现该系统后能够将供电网络故障的概率降低 73,将故障处理时间降低90以上，极大的提升了煤矿井下 的供电稳定性和可靠性。 4.结论 针对井下供电网络极易出现越级跳闸事故，导致井下大 范围的网络故障，且故障定位困难，修复时间长，给井供电 安全造成了极大的隐患的现状。提出了一种新的井下供电网 络防越级跳闸装置，采用了基于电流纵联差动保护原理和故 障主动定位技术，能够实现对供电网络故障的及时定位和隔 离，根据实际分析表明 1 煤矿井下防越级跳闸系统主要包括了管理层、网 络层和间隔层三个部分，系统中的网络数据通信采用了光纤 数据通讯结构，实现数据信号传输的抗干扰性、快速性和精 确性。 2 电流纵联差动保护原理能够实时监测到的上游保 护装置和下游保护装置处的电流值和电流相位，来对线路的 运行情况进行判断，确保电路工作安全。 3 基于工作电流相位突变的电网故障主动定位技 术，能够将供电网络故障的概率降低73,将故障处理时间 降低90以上，极大的提升了煤矿井下的供电稳定性和可靠 性。 【参考文献】 [1] 罗娟，贪保记，雷富坤.防止煤矿供电越级跳闸新方法的研 究[J 1 西妥科技大学学报,2014, 34 1 62-66. [2] 黄雄，郝后堂，刘晓铭.煤矿井下供电防越级跳闸新技术 [J ].煤炭工程，2014, 46 1 18-21. [3] 赖平，周想凌，邱丹.小电流接地系统暂态电流频率特性分 析及故障选线方法研究[J ].电力系统保护与控制, 2015,43 451- 57. ⑷许丹，郭益督.基于以太网的煤矿井下电网防越级跳闸研究 [J ].煤炭工程，2014, 46 10 196-198. [5]张国治.基于Ether CAT通讯协议的井下防越级跳闸系统研 究[D].河南河南理工大学，2015. 【作者简介】 葛强 1987- ，男，汉，山西阳泉人，本科，电气助理工程 师，阳煤集团机电设备管理中心；研究方向煤矿井下电气。 图3电网故障主动定位技术原理示意图 由图3可知，当在线路AB段出现短路异常时线路起始端 的电流-和线路内的负电荷电流的方向相同，线路AB段结 束端的电流和耳线路内的负电荷电流的方向相反，而正常 段BC内在线路的起始端和结束端的电流方向均和负电荷电流 兀的方向相反。该现象表明在故障电路内，两侧的故障电流