西曲矿井下电网越级跳闸的研究

阴丽娟

西曲矿井下电网越级跳闸的研究

阴丽娟

(山西西山煤电股份公司西曲矿,山西 古交 030200)

供电系统是矿井安全生产的基础环节,西曲矿变电所为逐级串联供电方式,遇短路、漏电等故障时,会出现越级跳闸现象,严重影响了供电系统的可靠性。通过对井下高压电网越级跳闸的成因分析,提出了解决井下高压电网越级跳闸的建议,以确保西曲矿安全生产。

井下电网;越级跳闸;短路故障;措施

供电系统是矿井安全生产的基础环节,越级跳闸不仅会造成事故扩大化,同时影响事故查找,如果越级跳闸到井下变电所,不及时排除故障,会影响风机开关送电时间,严重的还能影响瓦斯排放,如果越级跳闸到 35 kV变电所,不仅会造成瓦斯集聚,还会造成生产系统的瘫痪,严重影响供电系统的可靠性。

西山煤电股份公司西曲矿变电所为逐级串联供电方式,遇短路、漏电等故障时,会出现越级跳闸现象,因此,亟需解决越级跳闸带来的停电范围大,时间长等问题。

1 井下变电所供电现状

该矿目前地面有一个 35 kV变电站,井下有 12个变电所,共 6趟入井电缆,造成变电所最多 6级供电方式的出现,如末级遇短路、漏电造成 35 kV变电站 6 kV分柜跳闸,将有 5个变电所无电,直接造成大面积停电,目前,发现如一段母线上一支路发生短路、漏电故障会影响到另一支路某一高开跳闸,造成影响范围扩大。

2 短路故障越级跳闸产生的原因

越级跳闸：是指电力系统故障时,应由保护整定优先跳闸的断路器来切除故障,但因故由其他断路器跳闸来切除故障,这样的跳闸行为称为越级跳闸。井下线路上下级的过电流保护只要大小和时限上有级差就不会发生因过电流的越级跳闸,发生越级跳闸主要是因为短路引起的。6 kV系统速断保护配置困难,原因是供电距离短,短路电流没有差别,速断保护基本没有选择性。过流保护配合级差小,时限短,也导致选择性差。短路故障越级跳闸示意图见图 1。

图 1 短路故障越级跳闸示意图

如图 1所示,在 D点发生短路故障时,短路电流分布是一条直线,开关保护装置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,三级速断保护将同时启动,都要跳闸。使停电范围扩大,整个中央变电所停电。由于系统运行方式变化,短路点远近变化,两相和三相短路的不确定性。所谓“精确整定”在理论和实际上都不能解决速断保护的选择性问题。是该矿的保护设置原则有问题,通常,每台井下开关都要设速断、过流两段保护,但从保护设置理论分析,井下中央变电所的进线开关 (Ⅱ),并没有明确的保护范围和任务。进线开关的作用是安全检修、操作方便。从开关Ⅲ至开关Ⅰ的设施主保护,为开关Ⅰ的速断保护,后备保护为开关Ⅰ的过流保护,远后备为上级开关过流保护。所以,按照保护设置原则,中央变电所进线开关Ⅱ不能设保护。正是由于该矿在进线开关上设置了速断、过流、接地多重保护,任务不明确、动作频繁,使得井下系统失去了选择性。短路故障越级跳闸示意图见图 2。

图 2 短路故障越级跳闸示意图

如图 2开关Ⅱ不设保护,在 d1点短路只启动开关Ⅲ速断保护,达不到开关Ⅰ速断定值。

由于开关Ⅰ至中央变电所距离较近,为了可靠性,开关Ⅰ的选择性难以保证,可以设为限时速断,用时限来保证开关Ⅰ和Ⅲ的选择性。

3 存在的主要问题

随着西曲矿采煤工作面不断延伸,供电距离不断增大,供电系统中大量存在“多级串接”和“T接线”供电模式,加之继电保护功能不完善、保护定值和时限配合困难、漏电保护功能不可靠等原因,无法满足电网保护的选择性要求,造成矿井电网“越级跳闸”事故频发,严重影响供电系统的可靠性。

由于电网继电保护系统的软硬件平台落后、通信技术不完善、协议和通信接口不兼容,造成系统联网困难,无法实现矿井电网的集成监控系统,矿井电网的整体自动化技术水平落后。

4 解决方案的建议

电力系统中用户终端出现了越来越多的中低压短线路。这些短线路若采用传统的电流保护或距离保护,在整定值与动作时间上都难以配合。考虑到煤矿井下的实际使用条件,架构光纤通道比较困难,因此,采用网络保护就成为一种必然选择。防越级跳闸系统最终要实现对井下所有变电所每台高开的监测监控,并实现防越级跳闸功能。该矿地面主控机房具有监测设备运行情况,故障查询、打印,显示变电所情况及供电系统运行状况的功能。

1)网络保护的基本原理。网络保护,就是利用某种通信通道将输电线路各端的保护装置纵向连结起来,将输电线各端的故障信息量传送到网络中的末一端进行比较,以判断出故障点位置,从而决定切除离故障点最近的线路。由于这种保护自动与相邻线路的保护在动作参数上进行配合,因而可以实现全线速动。

2)网络保护与普通电流保护的灵敏度分析。网络保护的基本原理：在故障时,30 ms之内把故障信息上送到网络的每一节点,进行故障逻辑判断,寻找故障点,然后再切除故障线路。对非故障点的保护,根据距离故障点的级差进行自动延时 (100 ms)作为故障点保护的后备保护,而普通常规线路保护在故障时,不进行故障逻辑判断,立即跳闸,因此,经常会造成越级跳闸。

3)越级跳闸方案的建议。防越级跳闸系统要对短路和漏电故障能灵敏的识别、判断,从而选择合理的跳闸范围;正常情况下,遇短路或漏电故障后,应为最近控制高开跳闸;要具有防同母线一支路有短路或漏电故障,造成另一支路跳闸情况的发生;遇中央所级单回路分列运行时,井下最上级总开要具备对下级两回路实现可靠防越级保护。

a)通过配备高性能智能终端设备,采用新型继电保护技术、漏电保护技术和网络保护技术满足矿井电网保护的选择性、快速性、灵敏性和可靠性要求,防止“越级跳闸”,提高矿井电网的供电可靠性。矿井电网自动化系统应具有防“越级跳闸”功能,其技术原理应先进、实现功能应可靠、使用维护应方便,能适应矿井电网“多级串接”和“T接”供电方式的保护选择性要求,切实解决现场的实际问题。防“越级跳闸”系统应采用网络保护技术实现,防“越级跳闸”系统用通信服务器设计应合理、工作应可靠,具备信道显示和信道监视功能,通道故障时能自动投入常规保护功能,保证可靠性,与综合保护装置配合实现保护选择性要求,并能实现逐级快速后备保护功能。

西曲矿井下供电系统有中央变电站及采区变电站 12座,有高防开关 156台、移动变电站 36台,共计192台;每个变电站配置 1台矿用保护通信服务器用于实现智能零时限电流保护,共计 12台;每个变电站配置 1台电力监控分站用于实现井下变电站实时监控 ,计 12台;地面 35 kV变电站的 640#、605#、607#、646#、623#、608#出线开关需更换保护装置 ,用于与井下保护装置配合实现智能零时限电流保护功能;35 kV变电站需配置保护通信服务器 1台,实现智能零时限电流保护的通信功能。

b)组建矿井电网监控中心,采用综合自动化技术和网络通信技术将井下及地面电网的智能终端设备接入监控中心,构建集成的矿井电网监控环境,形成矿井电网自动化系统。矿井电网自动化系统应具备可靠的选择性漏电保护功能,采用新型漏电保护技术,自适应矿井电网中性点接地方式,保护功能应安全可靠,避免漏电保护“误动”和“拒动”造成系统“越级跳闸”。

c)总体要求：级联纵差保护功能内置于高开综合保护器中;高开保护器能完全替代原有的高开综合保护器;井下带级联纵差的高开保护器的通讯兼容已建成的电网监控系统,能够直接接入变电所的电力分站;级联纵差保护器通过光纤纤芯实现点对点的级联差动,也可实现点对多点的级联差动,从而解决越级跳闸故障;主保护可以选择零秒速断保护,也可以选择级联差动保护。地面纵差保护装置,需与原有变电所保护系统兼容,实现所有保护测量、控制功能。通讯中断能够自动投入就地保护并告警。出线开关拒动时,上级开关延时投入后备保护。

5 结束语

综上所述,矿井电网有必要建成一个智能化、数字化和自动化的电网。实际上造成电网越级跳闸的原因很多,应从生产实际中不断积累、总结,这样才能保证矿井的安全生产,做到长治久安。

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[2] 李文起,田立中.变电所 ZKH-3型成套保护故障分析及措施[J].电气化铁道,2005(4)：17-19.

[3] 赵重明.电力系统继电保护的作用与未来发展[J].内蒙古科技与经济,2006(02S)：114-115.

Research on Grade-Skip Trip of Underground Power System in Xiqu Coal Mine

Yin Li-juan

Power supply system is a basic link of safe production in the mine,the power substation of Xiqu coal mine adopts the power-supply mode of connection in series step by step,when meet the faults such as short-circuit,leakage current and so on,can appear the phenomenon of grade-skip trip,seriously influence the reliability of power supply system.Through analyzing the cause of the grade-skip trip of underground high-voltage grid,and puts forward some solutions to grade-skip trip in the underground high-voltage distribution network,so as to ensure safe production in Xiqu coal mine.

Underground power grid;Grade-Skip trip;Short-circuit fault;Measure

TD611

A

1672-0652(2011)03-0036-03

2011-02-22

阴丽娟 (1976—),女,山西古交人,2003年毕业于天津大学,工程师,主要从事机电技术管理工作,(E-mail)284015168@qq.com