矿区供电系统线路保护综述

刘钢雷 周海生

摘 要：矿区供电系统上下级线路短路电流区分不明显，常造成保护装置出现越级跳闸现象，以致造成较大范围的停电，对正常的生产运营造成较大影响。分析比较了近年国内针对越级跳闸现象所提出的几种主要保护方案，探讨了现阶段最具有实用价值的方案，并指出今后的发展趋势。

关键词：矿区供电系统；越级跳闸；实用价值；发展趋势

中图分类号：TD608 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0049-02

Abstract： The difference of short-circuit current between upper and lower lines of power supply system in mining area is not obvious， which often results in the trip of protection devices， resulting in a wide range of blackouts， which has a greater impact on the normal production and operation. This paper analyzes and compares several main protection schemes put forward in recent years in view of the phenomenon of overstepping tripping in China， probes into the most practical schemes at present， and points out the developing trend in the future.

Keywords： power supply system in mining area； skip trip； practical value； development trend

引言

我国矿区供电系统自动化程度较低，安全可靠供电是矿区安全生产运营的基础，常见的矿区电网结构多为3～4级单端辐射型网络，各级间常采用长度较短或截面积较大的电缆线路连接供电，这种电缆线路本身的小阻抗特性，使得短路发生时上级干路与下级支流的电流值差别不大，上下级保护装置均启动，保护越级跳闸发生。此外，系统运行方式的变化、CT饱和及设备投切等情况也易致使越级跳闸现象出现，该现象导致的大范围停电严重影响矿区的正常生产运营，造成较大损失。本文对现有防越级跳闸保护方案优缺点加以分析，指出当前具有实用意义的保护方案及未来矿区保护装置发展的方向。

1 防越级跳闸保护的研究现状

1.1 电流速断闭锁保护方案

在矿区原有速断保护上加装智能闭锁装置，构成各级速断保护之间的联系，实现保护动作的选择性，从而达到防止越级跳闸的效果[1]。该方案上下级间的闭锁连接较为复杂，仍需要各级信号间进行通讯，在矿区这种干扰较强的保证装置可靠工作是有一定难度的。另外，该装置简单，在具有低成本的优点的同时，也存在着不能够故障自检的缺陷。

1.2 光纤纵差保护方案

将线路两端的电气量通过光纤传输通道进行传输比较，并根据相应的保护判据判断是否动作于跳闸[2]。该方案能较好地实现保护的选择性与速动性，所存在的问题是从线路两侧所得到的电气量需要进行同步处理，同步的难度较大，导致了供电成本的上升。另外，两侧通讯所用的专用通讯光纤成本较高，且在恶劣的煤矿环境下容易受损，继而影响保护装置的正常工作。

1.3 基于CAN通讯的保护方案

在各级供电线路中装设保护控制器，各级保护控制器之间通过CAN网来发送和接收各级信号，并设置保护器动作的优先级，从而达到防越级跳闸的目的[3]。该方案有较好的防越级跳闸的效果，具有一定实用价值，但是需要增加大量的保护控制器及相应的CAN通讯网，对于矿区电网来说改造难度较大且成本较高。此外，在CAN网的通讯可靠性及通讯速率的影响下，故障后动作于跳闸的时间较长，保护的速动性受到一定影响。

1.4 基于GOOSE技术的保护方案

采用GOOSE技术和以太网来连接各级综保开关，实现防越级跳闸功能[4]。该方案除能够实现保护选择性外，还能实现自动报警，维护起来较为容易，但是大多煤矿采用的仍旧是最老式的阶段式电流保护方案，并没有完善的以太网及监控设施，从而使得该方案的实现复杂，难度较大，实施成本较高，可实用性不强。

1.5 基于数字化技术的保护方案

数字化技术方案是将在各测量点处采集到的模拟信号转换成数字信号，并通过通讯网络将信号传输到集中式控制器中，实现对故障线路的识别及动作于相应的线路断路器开关[5]。该方案理论上可正确动作开关以解决越级跳闸问题，但其面临的问题有所采集的数据实现同步、通讯可靠工作及电气信息集中到保护控制器统一作出跳闸判断的风险集中的问题。该方案的实现要求的条件较高，暂时不具有良好的实用价值。

2 矿区保护的实用方案及发展趋势

受历史发展及成本等因素影响，矿区电网保护普遍配置不高，保护改造在保证可靠性的情况下，其经济性需要着重考虑。在原有保护配置上进行升级的电流速断闭锁保护方案相比较其他方案来说有着升级改造难度小、成本低及易实现的优势。数字化、智能化是保护发展的大方向所在，随着成本的降低和通讯可靠性的提高，数字化保护在矿区电网中的应用会逐渐增加，其切除故障迅速及易维护等特点会逐步凸显出来。

3 结束语

随着数字化、信息化的不断发展，数字化设备可靠性及成本不断降低，效费比越来越高，今后在矿区电网保护中的应用将越来越广泛，将会极大提高矿区生产的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]张维振，李忠奎.基于速断闭锁的煤矿高压供电系统防越级跳闸技术研究[J].煤矿现代化，2017（4）：40-43.

[2]王锬，秦文萍，杨世坤，等.光纤级联纵差保护在井下防越级跳闸的应用[J].煤炭工程，2016（7）：75-78.

[3]史丽萍，温树峰，黄延庆.基于CAN網通讯的选择性短路保护研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（8）：139-142.

[4]姚福强，柏猛，杜兆文.GOOSE信号闭锁在煤矿供电系统防越级跳闸中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2016，28（7）：37-41.

[5]马星河，马星煊，王永胜.基于数字化变电站技术的煤矿井下防越级跳闸方案研究[J].煤矿机电，2013（5）：1-7.