煤矿供电系统电源快速切换装置的应用与实测数据分析

2022-05-23刘锡柱

同煤科技 2022年2期

刘锡柱

（山西省节能中心有限公司山西太原 030045）

1 背景

潘庄风井35 kV 变电站位于沁水县嘉丰镇潘庄村，主要担负着寺河矿东五盘区场地的生产及生活供电。站内有两回35 kV主电源供电，其35 kV系统为单母线分段接线方式；站内装设两台有载调压变压器，额定电压35/6.3 kV；站内6 kV系统亦采用单母线分段接线方式。变电站内35 kV 及6 kV 开关柜均为室内布置。变电站站内二次系统选用南瑞继保变电站综合自动化RCS-9700系列微机保护装置，其中35 kV母联使用备用电源自投装置RCS-9652B。

备自投供电方式，当工作电源跳闸时，工作电源辅助接点经低压继电器、延时继电器，先跳开工作电源，经一定延时，后合上备用电源，实现由工作电源向备用电源切换[1]。备自投在电网切换中存在以下问题[2]：

（1）切换时间长，在恢复送电前，风机或瓦斯抽放泵可能会停运；

（2）无相频检测，冲击电流大，电动机负荷及备用变压器极易受冲击损坏或绝缘老化缩短使用寿命；

（3）自投成功率低；

（4）如果为母线永久性故障，会扩大事故范围。

由于以上原因，若发生矿井无计划停电事故，采用的仍是人工恢复送电。这种事故处理模式需要一定的固有时间，在这固有的时间内，对于高瓦斯矿来说，个别局面就可能出现瓦斯超限。

快切装置实现电源切换比备自投装置更迅速[3]，传统备自投是进线主保护动作失电后，由低电压启动，属于被动切换，一般800 ms～1 500 ms内完成，而快切是由进线主保护直接启动切换，属于主动切换，一般在100 ms以内完成，可以看做是真正的瞬时切换[4]。

本文介绍了潘庄风井35 kV变电站站内的备自投装置更换为电源快切装置，减少了设备停电时间，提高安全运行和自动控制水平，。

2 电源快速切换装置的应用

2.1 电源快速切换装置使用情况

将潘庄风井35 kV 站35 kV 母联备用电源自投装置RCS-9652B 更换为电源快速切换装置PCS-9655S，见图1。

图1 接线图

为实现电源快速切换功能，电源快速切换装置需接入如下所列开入信号和模拟量，具体配置为[5]：

（1）两段母线各自的三相电压；

U1bsa，U1bsa’，U1bsb，U1bsb’，U1bsc，U1bsc’：Ⅰ段母线电压（三相），取相电压。

U2bsa，U2bsa’，U2bsb，U2bsb’，U2bsc，U2bsc’：Ⅱ段母线电压（三相），取相电压。

（2）两回进线各一路相电压或线电压；

U1，U1’：Ⅰ回进线电压，可取线电压或相电压。

U2，U2’：Ⅱ回进线电压，可取线电压或相电压。

（3）两回进线各自的A、C相电流；

I1a，I1a’，I1c，I1c’：Ⅰ回进线的a 相、c 相电流输入。

I2a，I2a’，I2c，I2c’：Ⅱ回进线的a 相、c 相电流输入。

（4）两回进线开关的常开辅助接点，开关合位状态时该开入为1；

（5）母联分段开关的常开辅助接点，开关合位状态时该开入为1；

（6）必要的保护起动和保护闭锁信号接点。

2.2 电源快速切换装置在故障情况下的分析

下面分析图2 所示的配置方式中，在可能发生故障的3 处故障点发生故障时，电源快速切换装置的动作情况。

图2 故障点总览

（1）K1 处故障，393 线路差动保护动作，差动动作信号启动快切装置，快切跳开393开关，合上390开关，切换成功。

（2）K1处故障，上级变电站过流保护动作，快切装置检测到电流下降、频率下降，无流低频启动快切，快切跳开393开关，合上390开关，切换成功。

（3）在K2 处故障时，正常情况下由潘庄Ⅰ回侧保护装置过流保护跳开本侧开关，同时送出后备保护动作跳闸出口节点闭锁PCS-9655S；若由于保护定值等原因导致393开关保护不动作，越级跳闸，则故障会跳开上一级变电所馈线339开关，表面上造成了35 kV站进线失电的假象，快切会有可能启动，因此为保证防止快切装置误投故障线路，在PCS-9655S 内设置了大电流闭锁（可带方向性），当出现大电流时，通过大电流闭锁PCS-9655S，在故障解除后自动解除闭锁，以免由于电源的误投而再次扩大事故的范围。大电流的检测是通过潘庄Ⅰ回593 的电流互感器电流值，大电流一般设置进线开关的过流值。

（4）在K3 处故障时，正常情况下，主变高、低后备保护动作，跳开主变两侧开关，35 kV变电站站供电系统保持不变，仍有潘庄Ⅰ回供电，若故障电流较大，主变开关未能及时跳开，导致潘庄Ⅰ回线393 开关越级跳闸，此时快切装置通过自身检测到393 开关的大电流，超过定值后迅速闭锁快切装置，不再执行快切，全站停电排查故障。