祥升煤矿防越级跳闸系统设计

2021-08-06潘广执

煤炭与化工 2021年6期

潘广执

（山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司，山西寿阳045400）

1 概况

为了提升供电的可靠性，祥升煤矿对地面35 kV变电所（10 kV入井)、井下副立井底变电所、上组煤变电所、三采区变电所共39台高压隔爆开关进行改造。在改造后，实现这些变电所供电防越级跳闸可靠性100%，实现地面35 kV变电所入井母线581、582保护，井下副立井底变电所、上组煤变电所、三采区变电所高压开关远程遥控，保护定值远程整定，集中管理；实现井下变电所具备“遥测、遥信、遥控、遥调”等功能，达到“无人值守”的效果。围绕着防越级跳闸系统功能设计进行展开，讨论了防越级跳闸的实现过程。

2 防越级跳闸系统设计

为了提升煤矿供电的稳定性和可靠性，供电系统应该具有防越级跳闸功能。供电系统的防越级跳闸应该满足以下的要求。

2.1 具有较强稳定性和可靠性

在进行越级跳闸判断时，系统内部的传输延时<2 ms，自动识别短路故障位置，零延时切除故障，防止供电越级跳闸。为了保证防越级供电的可靠性，防越级功能应至少覆盖7级以上供电级联网络。防越级跳闸系统中的保护装置为独立单元，能够独立、自动组网，防越级跳闸功能不依赖于后台监控系统及分站。

此外，防越级跳闸系统中的保护装置具备状态自检功能，能够对自身运行状态进行监测，在系统出现异常时，能够及时报警。保护器内部具备后备电源，保证监控保护装置供电可靠，保证线路故障时开关可靠动作，并能够在发生故障时，准确的记录故障时刻数据。监控系统具备电子挂牌、联席操作、一键送电等安全操作功能，保证系统在停送电、检修时的安全。

2.2 具有很强的控制性和管理性

防越级跳闸系统应该保证数据通信的高效、稳定。防越级跳闸系统中的分站集成防越级功能及供电监控功能，不单独设置分站，节省成本，方便维护，可靠性高。

防越级跳闸系统应该配有配置专用的供电安全监控软件平台，实行安全分区管理，本质防病毒，免维护，能够保证监控系统长期安全稳定运行。为了便于管理，还应具有无人值守的功能，可以实现远程操控。在系统运行期间，能实时地完成数据采集、数据存储以及相应地处理功能，以应对电力系统突发状况。此外，系统还应该具备一定的事故反演功能，即根据事故发生后的一些状态，重现事故发生的过程，方便对事故的处理。

3 防越级跳闸功能实现

3.1 防越级跳闸技术

祥升煤矿采用KJ171煤矿供电防越级跳闸监控系统，如图1所示。该系统采用网络智能识别保护方式。

图1 KJ171煤矿供电防越级跳闸监控系统结构Fig.1 Structure of KJ171 mine power supply anti-leapfrog trip monitoring system

祥升煤矿井下使用的独立光缆不仅可靠性差，而且成本高。该系统采用了光纤环网复用技术，提高了防越级跳闸系统工作的可靠性，维护简单。针对供电系统中跳闸事故发生较高不容易监测到的问题，系统采用了在线监测模块来实时监测开关的状态，一旦监测到开关存在异常动作的情况，及时地发出警报并自动动作，提高保护开关动作的准确性。该系统对矿井供电系统的母线运行方式自动识别，根据母线的连接方式自动选择合适的开关动作方式。

可在地面控制室远程设定系统的保护值，实现了防越级跳闸保护的集中管理，避免人工随意更改保护值引起的防越级跳闸保护失效问题。

3.2 工作模式分析

（1）供电系统的短路防越级是通过系统中的电流速断零时限网络保护技术来实现的。在工作时，微机保护装置之间组成的智能网络能进行实时通讯，一旦发现短路故障能立即进行识别，找出短路区域的位置并零时限地切除故障电路，防止越级跳闸的发生。该技术摆脱了对后台监控系统和监控分站的依赖性，在微机保护装置之间通讯中断的情况下，能自动切除网络中断区域重新组网，在某种程度上解决了电流快速保护性和可靠性的冲突。

（2）供电系统的漏电防越级是通过系统中的新型信号源选线技术来实现的。供电系统中漏电多是由于中性点的接地方式不当引起的。针对传统的防越级跳闸时漏电线路选择困难的问题，该系统将信号源注入到线路中，提高了选线的准确性，准确率可达100%，解决了漏电防越级跳闸的选线问题。

（3）供电系统的电压波动防越级是通过系统中的电压波动保护模块与微机保护装置欠压智能识别模块来实现的。

（4）开关拒动防越级跳闸是通过对拒动准确定位和智能识别实现的。在供电系统运行过程中，由开关拒动引起的越级跳闸也容易发生。针对这种情况，KJ171型煤矿供电防越级系统中通过网络对开关进行识别，并引入一些智能学习算法，解决了由于保护开关拒动引起的越级跳闸。该系统在运行过程中能自动与上级开关构成联动关系，保证在发生故障时能及时、正确发生跳闸，将供电引起的故障降到最小。

4 应用效果

在2017年8月9日6点55分，祥升煤矿-450 m位置处皮带机附近的变电站发生了巷道片帮。片帮过程中大量的碎石冒落，砸坏了变电站的高压输电线路的绝缘皮，导致高压电缆的相间短路。在短路时，电缆上的电流高达2 300 A，而最近的变电站上的开关柜速断电流是400 A，上一级开关柜速断电流为1 600 A。事故的电流高于两级开关速断的电流值，常规系统会发生多级跳闸。而在运用了KJ171煤矿供电防越级跳闸监控系统后，只有最近的开关柜发生短路，而上一级变电所的保护装置未发生动作。经过统计，KJ171煤矿供电防越级跳闸监控系统已经累计为祥升煤矿创造经济效益4 000万元以上。