礦區(qū)供電系統(tǒng)線路保護(hù)綜述

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摘要：礦區(qū)供電系統(tǒng)上下級(jí)線路短路電流區(qū)分不明顯，常造成保護(hù)裝置出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，以致造成較大范圍的停電，對(duì)正常的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)造成較大影響。分析比較了近年國(guó)內(nèi)針對(duì)越級(jí)跳閘現(xiàn)象所提出的幾種主要保護(hù)方案，探討了現(xiàn)階段最具有實(shí)用價(jià)值的方案，并指出今后的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)供電系統(tǒng)；越級(jí)跳閘；實(shí)用價(jià)值；發(fā)展趨勢(shì)

引言

我國(guó)礦區(qū)供電系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，安全可靠供電是礦區(qū)安全生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，常見(jiàn)的礦區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)多為3～4級(jí)單端輻射型網(wǎng)絡(luò)，各級(jí)間常采用長(zhǎng)度較短或截面積較大的電纜線路連接供電，這種電纜線路本身的小阻抗特性，使得短路發(fā)生時(shí)上級(jí)干路與下級(jí)支流的電流值差別不大，上下級(jí)保護(hù)裝置均啟動(dòng)，保護(hù)越級(jí)跳閘發(fā)生。此外，系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化、CT飽和及設(shè)備投切等情況也易致使越級(jí)跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)，該現(xiàn)象導(dǎo)致的大范圍停電嚴(yán)重影響礦區(qū)的正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，造成較大損失。本文對(duì)現(xiàn)有防越級(jí)跳閘保護(hù)方案優(yōu)缺點(diǎn)加以分析，指出當(dāng)前具有實(shí)用意義的保護(hù)方案及未來(lái)礦區(qū)保護(hù)裝置發(fā)展的方向。

1防越級(jí)跳閘保護(hù)的研究現(xiàn)狀

1.1電流速斷閉鎖保護(hù)方案

在礦區(qū)原有速斷保護(hù)上加裝智能閉鎖裝置，構(gòu)成各級(jí)速斷保護(hù)之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，從而達(dá)到防止越級(jí)跳閘的效果[1]。該方案上下級(jí)間的閉鎖連接較為復(fù)雜，仍需要各級(jí)信號(hào)間進(jìn)行通訊，在礦區(qū)這種干擾較強(qiáng)的保證裝置可靠工作是有一定難度的。另外，該裝置簡(jiǎn)單，在具有低成本的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著不能夠故障自檢的缺陷。

1.2光纖縱差保護(hù)方案

將線路兩端的電氣量通過(guò)光纖傳輸通道進(jìn)行傳輸比較，并根據(jù)相應(yīng)的保護(hù)判據(jù)判斷是否動(dòng)作于跳閘[2]。該方案能較好地實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性與速動(dòng)性，所存在的問(wèn)題是從線路兩側(cè)所得到的電氣量需要進(jìn)行同步處理，同步的難度較大，導(dǎo)致了供電成本的上升。另外，兩側(cè)通訊所用的專用通訊光纖成本較高，且在惡劣的煤礦環(huán)境下容易受損，繼而影響保護(hù)裝置的正常工作。

1.3基于CAN通訊的保護(hù)方案

在各級(jí)供電線路中裝設(shè)保護(hù)控制器，各級(jí)保護(hù)控制器之間通過(guò)CAN網(wǎng)來(lái)發(fā)送和接收各級(jí)信號(hào)，并設(shè)置保護(hù)器動(dòng)作的優(yōu)先級(jí)，從而達(dá)到防越級(jí)跳閘的目的[3]。該方案有較好的防越級(jí)跳閘的效果，具有一定實(shí)用價(jià)值，但是需要增加大量的保護(hù)控制器及相應(yīng)的CAN通訊網(wǎng)，對(duì)于礦區(qū)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)改造難度較大且成本較高。此外，在CAN網(wǎng)的通訊可靠性及通訊速率的影響下，故障后動(dòng)作于跳閘的時(shí)間較長(zhǎng)，保護(hù)的速動(dòng)性受到一定影響。

1.4基于GOOSE技術(shù)的保護(hù)方案

采用GOOSE技術(shù)和以太網(wǎng)來(lái)連接各級(jí)綜保開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘功能[4]。該方案除能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)選擇性外，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，維護(hù)起來(lái)較為容易，但是大多煤礦采用的仍舊是最老式的階段式電流保護(hù)方案，并沒(méi)有完善的以太網(wǎng)及監(jiān)控設(shè)施，從而使得該方案的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，難度較大，實(shí)施成本較高，可實(shí)用性不強(qiáng)。

1.5基于數(shù)字化技術(shù)的保護(hù)方案

數(shù)字化技術(shù)方案是將在各測(cè)量點(diǎn)處采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸?shù)郊惺娇刂破髦校瑢?shí)現(xiàn)對(duì)故障線路的識(shí)別及動(dòng)作于相應(yīng)的線路斷路器開(kāi)關(guān)[5]。該方案理論上可正確動(dòng)作開(kāi)關(guān)以解決越級(jí)跳閘問(wèn)題，但其面臨的問(wèn)題有所采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步、通訊可靠工作及電氣信息集中到保護(hù)控制器統(tǒng)一作出跳閘判斷的風(fēng)險(xiǎn)集中的問(wèn)題。該方案的實(shí)現(xiàn)要求的條件較高，暫時(shí)不具有良好的實(shí)用價(jià)值。

2礦區(qū)保護(hù)的實(shí)用方案及發(fā)展趨勢(shì)

受歷史發(fā)展及成本等因素影響，礦區(qū)電網(wǎng)保護(hù)普遍配置不高，保護(hù)改造在保證可靠性的情況下，其經(jīng)濟(jì)性需要著重考慮。在原有保護(hù)配置上進(jìn)行升級(jí)的電流速斷閉鎖保護(hù)方案相比較其他方案來(lái)說(shuō)有著升級(jí)改造難度小、成本低及易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化、智能化是保護(hù)發(fā)展的大方向所在，隨著成本的降低和通訊可靠性的提高，數(shù)字化保護(hù)在礦區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用會(huì)逐漸增加，其切除故障迅速及易維護(hù)等特點(diǎn)會(huì)逐步凸顯出來(lái)。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著數(shù)字化、信息化的不斷發(fā)展，數(shù)字化設(shè)備可靠性及成本不斷降低，效費(fèi)比越來(lái)越高，今后在礦區(qū)電網(wǎng)保護(hù)中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，將會(huì)極大提高礦區(qū)生產(chǎn)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張維振，李忠奎．基于速斷閉鎖的煤礦高壓供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2017（4）：40-43.

[2]王錟，秦文萍，楊世坤，等．光纖級(jí)聯(lián)縱差保護(hù)在井下防越級(jí)跳閘的應(yīng)用[J].煤炭工程，2016（7）：75-78.

[3]史麗萍，溫樹(shù)峰，黃延慶．基于CAN網(wǎng)通訊的選擇性短路保護(hù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（8）：139-142.

[4]姚福強(qiáng)，柏猛，杜兆文．GOOSE信號(hào)閉鎖在煤礦供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2016，28（7）：37-41.

[5]馬星河，馬星煊，王永勝．基于數(shù)字化變電站技術(shù)的煤礦井下防越級(jí)跳閘方案研究[J].煤礦機(jī)電，2013（5）：1

作者:劉鋼雷 周海生 單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院