煤礦供配電系統(tǒng)中防越級跳閘保護技術(shù)的應(yīng)用分析

＊郭 磊

（潞安環(huán)能股份有限公司五陽煤礦 山西 046205）

1.分析造成越級跳閘原因

現(xiàn)今，階段式電流保護的繼電保護方式是煤礦供電系統(tǒng)使用的主要的方式，其主要保護的是用電的安全。電流速斷保護、定時限過電流保護、限時速斷保護組成了三階段式。如果有故障發(fā)生在電力系統(tǒng)中，這些保護全部失靈不能動作，就會引發(fā)電力系統(tǒng)的越級跳閘事故。在電力系統(tǒng)中在不同位置配備不同的保護方法。電流速斷保護與過電流保護能夠保護電路末端；臨時限速斷保護與限時速斷保護共同對電源的進、出線進行保護，三階段式之間一起合作，促使其能正常工作的電力系統(tǒng)得到保障。

流整定值合作與上、下級之間的時間差的合作，這兩個保護方法是限時速斷保護定值的整定在電力系統(tǒng)中保護的主要內(nèi)容。兩種方式的通力合作，保證電力系統(tǒng)的靈敏性和選擇性。兩個保護方式必須同時作用。煤礦井下電力系統(tǒng)線路屬于短線路，短線路保護時間差非常重要。若把0s假設(shè)是線路在下一級熔斷保護的時間，則上一級在相同的時間段加上Δt即為熔斷需要的時間，并在0.3s～0.5s的范圍內(nèi)，結(jié)合電力系統(tǒng)的特性，一般會選取0.5s這個時間點。上、下級的時間差的合作保護了電力系統(tǒng)，以這個為前提條件，可以預(yù)防故障發(fā)生，達到對電力系統(tǒng)的保護目的。

2.防越級跳閘的系統(tǒng)

(1)解決該問題的方案

就煤礦供電工作而言，通常會在地面與井下形成一高速的供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)信息傳輸速度快，效率高，但易受到外界干擾，對于這種通訊速率傳輸情況，為了使生產(chǎn)的效率提高和失誤的減少，必須采用先進的技術(shù)方案方能得到解決。以下是具體方案：

①智能化網(wǎng)絡(luò)繼電保護方法被引入，對于煤炭井下電力系統(tǒng)而言，設(shè)計一種跳閘裝置能夠?qū)崿F(xiàn)短路閉鎖功能，高速光纖通信作為煤礦井下的通信方式，使用電力系統(tǒng)繼電器保護與參數(shù)檢測。電力系統(tǒng)與智能化網(wǎng)絡(luò)繼電保護方法之間互相閉鎖、互相保護，使其能夠被更全面的保護，在井下能夠有效的防止出現(xiàn)故障。在電力系統(tǒng)中若有故障發(fā)生，與故障點最短距離的開關(guān)將會跳閘，從而對線路起到了切斷保護的作用，如有比較大的電流通過時，會有越級跳閘發(fā)生。發(fā)生越級跳閘之前會對工作人員做出警示的動作，提醒其檢查和修理故障部位，使電力系統(tǒng)的安全可靠的運行得到了保障。

②失壓延時保護技術(shù)被使用。網(wǎng)絡(luò)化智能保護被使用在電力系統(tǒng)中，可以使備用電源被系統(tǒng)所擁有，為滿足電力系統(tǒng)能夠正常運行，就要經(jīng)過控制欠壓帶電或內(nèi)部釋放線圈帶電。為防止電壓波動保護裝置誤動作，失壓延時保護技術(shù)可以避免誤動作跳閘，更加有效的保護了煤礦井下電力系統(tǒng)。失壓延時技術(shù)的使用，能夠在較短的時間內(nèi)維修和恢復(fù)短路系統(tǒng)，使其能在較短的時間恢復(fù)正常運行。

(2)對系統(tǒng)進行設(shè)計

為了降低運行成本在電力系統(tǒng)中的比重，可以根據(jù)煤礦供電的實際情況，對新的保護方式進行進一步改進。動作靈敏度高的保護裝置，要把數(shù)據(jù)盡可能快的傳遞，若有問題能第一時間接收到信號，有效可靠的保護措施能夠得到提高。因此采用以下兩種數(shù)據(jù)形式：

①就變電所來說，若2個保護裝置，距離比較短并且不為同一裝置，可以用硬芯雙絞線直接相連，這種方式連接不僅使在故障出現(xiàn)時的數(shù)據(jù)傳輸速率提高，而且為電力系統(tǒng)運行節(jié)約了成本。

②當(dāng)相鄰且距離比較遠的2臺保護裝置，這時就不能采用硬芯雙絞線直接相連，此時數(shù)據(jù)的傳輸可以用以太網(wǎng)實現(xiàn)，通信信號的關(guān)聯(lián)建立以以太網(wǎng)為載體，使數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)在兩個不同保護裝置之間實時的傳遞。進而能促進電力系統(tǒng)的保護作用。

(3)組成系統(tǒng)的構(gòu)成部分

就電力系統(tǒng)來說，構(gòu)成的防越級跳閘系統(tǒng)的部分非常復(fù)雜，包括地面監(jiān)控部分、失壓延時摸塊、變電所監(jiān)控分站、短路閉鎖控制器、智能保護模塊。不同的模塊擔(dān)任著不同的功能，各模塊之間功能的配合，共同保護電力系統(tǒng)的正常運行。

①地面監(jiān)控部分。由于煤礦井下繁雜的環(huán)境，就需要監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀況，該部分要對是否能夠正常運行的電力系統(tǒng)進行24h全線監(jiān)控。

②失壓延時模塊。在電力系統(tǒng)有降低電壓出現(xiàn)時，為了預(yù)防系統(tǒng)故障延續(xù)導(dǎo)致跳閘，故供電方式是使用欠壓線圈。

③通信監(jiān)控分站。對煤礦井下電力系統(tǒng)每個部件能不能運行正常進行監(jiān)控，并保存監(jiān)控數(shù)據(jù)，實時發(fā)送給主站。

④短路閉鎖控制器。若有短路現(xiàn)象發(fā)生在電力系統(tǒng)中時，為了防止越級跳閘，就需要把設(shè)備的上級開關(guān)閉鎖。

⑤智能化保護模塊。該模塊依據(jù)電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)實時調(diào)整控制參數(shù)，從而實現(xiàn)智能化的保護方式。

3.系統(tǒng)工作的依據(jù)

線路發(fā)生故障后，對電力系統(tǒng)起到保護作用的所有裝置的防越級跳閘系統(tǒng)，能避免上一級電流流到下一級，使電力系統(tǒng)上一級不能做出跳閘動作，從而保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。短路電流流過故障開關(guān)，故障開關(guān)會將線路快速切斷，對其余線路進行保護，進而使電流增大的時間減少。在修理恢復(fù)好短路故障時，就恢復(fù)了電路中的電流正常流通，讓上一級開關(guān)運行后，在正常的規(guī)定延時時間內(nèi)，上一級開關(guān)保護可靠返回，增強了電力系統(tǒng)工作的持久性，性能更好，通常延時時間范圍為30-100ms，由于上級開關(guān)保護可靠返回，是要使用在保護以后的電路。所以，故障的切除、后備電路是以上方法的優(yōu)點，使電力系統(tǒng)能快速恢復(fù)正常運行。

為了某一供電回路分析和選擇，圖1即為煤礦井下防越級跳閘結(jié)構(gòu)圖。

圖1 煤礦井下防越級跳閘結(jié)構(gòu)圖

其他變電所和中央變電所存在于防越級跳閘系統(tǒng)中。以下就是其工作的原理：若有短路故障發(fā)生在井下變電所，且d1即為發(fā)生故障的位置，1#、5#、8#、7#開關(guān)不會影響電流的流通。短路電流的信息被8#開關(guān)保護裝置所接收，經(jīng)傳達被短路閉鎖控制器接收，7#總開關(guān)信號接收短路閉鎖控制器發(fā)送的信息，為了線路的保護，要將速斷保護閉鎖。根據(jù)以上原理，5#開關(guān)接收7#開關(guān)傳遞的信息，然后快速熔斷5#開關(guān)。

若有故障出現(xiàn)在電路中時，為了防止造成重大的損失和故障的延伸，應(yīng)在電流信息被防跳閘系統(tǒng)中的開關(guān)所接收時，就把保護裝置運行起來，保護電力系統(tǒng)，把故障電路堵截。當(dāng)發(fā)生故障時，如果出現(xiàn)8#開關(guān)失靈時，在規(guī)定的時間內(nèi)故障就會被7開關(guān)清除，確保可以正常使用開關(guān)。在發(fā)生短路時，不同的設(shè)備的放電效果在特定的條件下發(fā)生，協(xié)同保護電力系統(tǒng)能夠正常的工作，并且電力為井下作業(yè)提供了保障，加強了生產(chǎn)的安全性。

4.防越級跳閘在實際應(yīng)用中的案例

對電力系統(tǒng)中使用的ZBT-11C防越級跳閘保護器的保護效力怎么樣需要通過實驗考證。對實驗ZBT-11C防越級跳閘保護器在電力系統(tǒng)中的保護的結(jié)果進行考證。是否有故障存在于實驗中這個未得到證實，測出的信息如下表1所示。

表1 各級保護動作情況記錄表待核實

如發(fā)現(xiàn)故障存在于電力系統(tǒng)后，由于變電區(qū)的不同而表現(xiàn)的也不相同。在東采區(qū)，3#變電所3#水泵和3#變電所02#的高開電流就不一樣，前者的高開電流達到400A需要很短的時間，后者的高開電流為800A,比前者的更大，而中央變電流最大的是10#高開02#線，其電流為1800A，并比保護電流的最小電流都小。

位于02#高開10#和2#高開、428開關(guān)的煤礦東采區(qū)3#變電所而言，仍然保持工作的穩(wěn)定性，沒有跳閘故障的發(fā)生在檢測的結(jié)果中表現(xiàn)出來。這就表明電力系統(tǒng)在使用防越級跳閘后能夠很好的阻止跳閘故障的發(fā)生。實現(xiàn)短路保護就只有出現(xiàn)在采區(qū)3#變電所10#高開，電力系統(tǒng)沒有出現(xiàn)跳閘，其結(jié)果證實了設(shè)計的電力保護系統(tǒng)。

5.結(jié)束語

本文主要分析的是煤礦井下電力系統(tǒng)，防跳閘系統(tǒng)依據(jù)的組成原理也在本文中重點介紹，并把系統(tǒng)期待保護電力系統(tǒng)設(shè)計出來，并實驗了防越級跳閘系統(tǒng)，通過實驗表明，為了跳閘次數(shù)的減少和減少停電的面積應(yīng)使用設(shè)計的期待保護電力系統(tǒng)，使安全的使用電和煤礦安全的生產(chǎn)得到保障。