現(xiàn)場開關(guān)中防越級跳閘保護裝置的應(yīng)用分析

＊任俊卿

（晉能控股煤業(yè)集團晉華宮礦 山西 037016）

引言

決定井下煤礦的安全性能的首要因素就是井下煤礦是否具備安全的電網(wǎng)，不斷開采煤礦的過程中，采煤的井下巷道以及工作面都在持續(xù)延伸和擴展，所以需要更加復(fù)雜的電網(wǎng)系統(tǒng)去加強生產(chǎn)保障，但是一直上升的變電所每一級所需的數(shù)量，大大增加了計算和整定繼電保護的準確性，以往傳統(tǒng)的過流保護和速斷保護根本達不到預(yù)期標準，經(jīng)常會出現(xiàn)誤操作或者越級跳閘的情況，其供電系統(tǒng)的升級必須加強徹底性，其相關(guān)功能首先需要增加保護跳閘的防越級功能。

1.分析出現(xiàn)電網(wǎng)在井下越級跳閘的幾個因素

井下煤礦一般都是潮濕的空氣以及狹窄的巷道，許多設(shè)備必須同時帶電工作，但是供電線路的上下級相對較短，加之井下復(fù)雜的供電走向，線路保護過程無法順利整定出定值電流，尤其是采區(qū)多級變電所的晉華宮礦的級聯(lián)現(xiàn)象，線路末端得到差別不大且相似數(shù)值的短路電流，使選擇性大大降低，無法輕易改變上下級不同大小的整定值。而且，必須設(shè)置較快的保護動作，才能很好的應(yīng)對短路或者漏電的供電線路，只有第一時間斷開故障，才能幫助整定配合不同線路保護時提升相關(guān)的時間。所以井下出現(xiàn)故障的線路很大機率都會發(fā)生越級跳閘，從而發(fā)生大片停電，這對礦井生產(chǎn)安全造成了極大的影響。

2.設(shè)置跳閘防越級的相關(guān)保護方案

以往越級跳閘的情況出現(xiàn)在井下線路時，選擇以前的速斷保護方案不能達到選擇性目的，所以在安全生產(chǎn)煤礦的過程中，不斷的在攻克井下防止出現(xiàn)越級跳閘的供電線路問題。因此越來越多的人開始研究這個熱點問題，制定了不同的方案實現(xiàn)煤礦企業(yè)設(shè)備自動化的安全供電目標，最終形成了以下幾種方案：雙口通訊法和延時速斷電流法還有保護地面通訊法和保護光纖縱差法以及閉鎖速斷電流法：

（1）雙口通訊法的工作過程和保護地面通訊法差不多，優(yōu)點是高效傳輸和快速判斷加裝了通訊接口RS485保護器以及電流故障信號傳輸?shù)腃AN專業(yè)口，挨個串聯(lián)保護器每一級的CAN口，在故障發(fā)生后可以實現(xiàn)線路開關(guān)附近故障點向上一級依次傳輸故障信息，傳達到保護器后可以立即做出邏輯判斷，得到本機的跳閘確切情況。其自主判斷發(fā)生于保護器的上下級互相通訊，無需地面主機進行監(jiān)控操作，大大加強了處理故障的效率。

（2）保護光纖縱差法必須敷設(shè)保護器光纖通訊達到所謂的縱差保護。這一方案的優(yōu)點是具備可靠的靈敏動作，以及較高的準確性，能夠有效的降低越級跳閘現(xiàn)象。缺點是只能保護單一線路光纖的敷設(shè)開關(guān)上下級，比較局限。

（3）保護地面通訊方案是增加電網(wǎng)的全套智能系統(tǒng)，達到利用地面主機即可監(jiān)控讀取不同的電流信號在開關(guān)保護器相關(guān)動態(tài)，地面主機根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果做出指令，幫助短路的故障完成跳閘開關(guān)。缺點是不具備可靠性，因為每一個環(huán)節(jié)和傳輸時間不同，所以有較慢的跳閘延遲，會影響供電系統(tǒng)。

（4）閉鎖電流速斷方案是選擇指定的保護器和安設(shè)閉鎖短路的模塊，加速對應(yīng)開關(guān)的跳閘時間，并加強無需跳閘的閉鎖開關(guān)。缺點是必須連接閉鎖線并安裝控制閉鎖短路設(shè)備。

（5）延時電流速斷方案是利用保護開關(guān)上下級產(chǎn)生的時間加強選擇性。缺點是只適用較少級數(shù)的供電系統(tǒng)，較長動作的保護時間無法達到迅速動作規(guī)定的電力繼電保護系統(tǒng)。

3.分析應(yīng)用現(xiàn)場的保護跳閘防越級裝置

變電所的晉華宮礦采用了技術(shù)研究改進的饋電低壓開關(guān)加裝的自動測控微電腦裝置，其型號是WZD-757。選擇跳閘防越級的雙口通訊方案，投入使用兩年多內(nèi)一直平穩(wěn)運行，發(fā)生短路或漏電等故障后，會有動作準確的開關(guān)保護，沒有發(fā)生越級跳閘現(xiàn)象，大大加強了安全的井下供電環(huán)境。

(1)防越級跳閘自動測控微電腦裝置的WZD-757型設(shè)置參數(shù)

①圖1是防越級跳閘的相關(guān)功能設(shè)置顯示圖

圖1 防越級設(shè)置

②圖2是設(shè)置的通訊防越級功能圖

圖2 防越級通訊功能設(shè)置

③短路動作所需計算的保護時間

啟動跳閘防越級功能后，采用下面公式計算保護時間：

Ts=（n-m）×T+Td

分析上式中，延時設(shè)定越級時間為T，單位是ms；實際保護短路的動作時間是Ts，單位為ms；設(shè)置動作保護時間是Td，單位為ms；供電當前顯示的等級為m，單位是級；等級供電的負載側(cè)開關(guān)顯示的相關(guān)短路問題為n，單位為級。

(2)自動測控微電腦裝置WZD-757型的跳閘防越級相關(guān)原理

圖3是自動測控微電腦裝置WZD-757型的跳閘防越級相關(guān)系統(tǒng)。

圖3 防越級跳閘系統(tǒng)

每一級的保護器開關(guān)利用CAN專用口進項相互連接，使用了專用的CAN口后，極大的提升了短路信號的傳輸動作，出現(xiàn)短路的線路，其短路電流的檢測需要利用開關(guān)上、下級的相互完成，與此同時速斷跳閘也同步啟動；通訊CAN口的短路信號上傳必須在開關(guān)跳閘發(fā)生前，得到準確的跳閘開關(guān)需要比較接收到的CAN信號，才能正確傳輸跳閘指令，此過程需要相應(yīng)的時間來完成，所以要加大延時的速斷保護器，達到足夠的時間去下發(fā)指令以及信號通訊，設(shè)置開關(guān)所對應(yīng)的延時時間要匹配相應(yīng)的電網(wǎng)層級。設(shè)置20ms為規(guī)定的短路保護時長，以及100ms的統(tǒng)一越級延時。

圖3顯示的開關(guān)保護器4″，5″是層級最低的，所以更改為8級的總數(shù)等級，因此7級本機等級實際是開關(guān)2″，3″，6級的本機等級實際是開關(guān)1″。

當短路故障出現(xiàn)在1處時，短路電流會通過對應(yīng)的開關(guān)，1″2″4″，速斷跳閘依次對應(yīng)啟動，短路信號的傳輸利用CAN口完成相應(yīng)的保護，1″，2″通過保護可以接收電流短路數(shù)值是經(jīng)過下級傳送而來，此時4″保護收到失敗，所以出現(xiàn)負荷側(cè)短路的是保護4″，故障1接著斷開線路跳閘，經(jīng)計算，保護跳閘1″，2″，4″的計算時間公式如下：

計算跳閘保護1″時間是：

計算跳閘保護2″時間是：

計算跳閘保護4″時間是：

當短路發(fā)生于故障2時，對應(yīng)的1″2″開關(guān)會產(chǎn)生短路電流，對應(yīng)的速斷跳閘會依次啟動，短路信號的傳輸經(jīng)過CAN口實現(xiàn)保護，1″保護可以順利接收電流的短路數(shù)值也是來自下級保護，對應(yīng)的2″保護接收失敗，所以負荷側(cè)短路發(fā)生于2″保護，必須對故障2切除線路并跳閘，計算對應(yīng)的跳閘保護1″2″的時間公式如下：

計算跳閘保護1″時間是：

計算跳閘保護2″時間是：

跳閘防越級保護器WZD-757型的主要原理為：短路故障發(fā)生后，開關(guān)保護器的上級接收相關(guān)故障信息主要利用CAN口，保護器針對相應(yīng)的故障信息做出邏輯判斷，找到準確的跳閘故障點，控制對應(yīng)的上級開關(guān)實現(xiàn)跳閘時間為小于20ms；而保護其他未發(fā)生故障的點要利用100ms自動延時的開關(guān)級差，從而實現(xiàn)可靠靈敏的后備保護故障點的目的。

4.結(jié)語

繼電保護在礦井電網(wǎng)能否達到選擇性以及可靠性的保護動作和越級跳閘目標，是多年來實現(xiàn)安全運行井下電網(wǎng)系統(tǒng)的首要難題。經(jīng)過不斷的試驗改進，最終確定了自動測控微電腦裝置WZD-757型去達到變電所的改造，經(jīng)驗證，此方法比較靈活且成本低，能夠完美處理越級跳閘的供電系統(tǒng)難題，從投入使用到現(xiàn)在一直平穩(wěn)運行，均未發(fā)生越級跳閘的現(xiàn)象，具有可靠準確的開關(guān)動作。此項技術(shù)設(shè)計的原理簡單易懂，改造過程相對易行方便，可以大力推廣于井下電網(wǎng)，其應(yīng)用前景較好。