＊任俊卿

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦 山西 037016）

引言

決定井下煤礦的安全性能的首要因素就是井下煤礦是否具備安全的電網(wǎng)，不斷開采煤礦的過程中，采煤的井下巷道以及工作面都在持續(xù)延伸和擴(kuò)展，所以需要更加復(fù)雜的電網(wǎng)系統(tǒng)去加強(qiáng)生產(chǎn)保障，但是一直上升的變電所每一級(jí)所需的數(shù)量，大大增加了計(jì)算和整定繼電保護(hù)的準(zhǔn)確性，以往傳統(tǒng)的過流保護(hù)和速斷保護(hù)根本達(dá)不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤操作或者越級(jí)跳閘的情況，其供電系統(tǒng)的升級(jí)必須加強(qiáng)徹底性，其相關(guān)功能首先需要增加保護(hù)跳閘的防越級(jí)功能。

1.分析出現(xiàn)電網(wǎng)在井下越級(jí)跳閘的幾個(gè)因素

井下煤礦一般都是潮濕的空氣以及狹窄的巷道，許多設(shè)備必須同時(shí)帶電工作，但是供電線路的上下級(jí)相對(duì)較短，加之井下復(fù)雜的供電走向，線路保護(hù)過程無法順利整定出定值電流，尤其是采區(qū)多級(jí)變電所的晉華宮礦的級(jí)聯(lián)現(xiàn)象，線路末端得到差別不大且相似數(shù)值的短路電流，使選擇性大大降低，無法輕易改變上下級(jí)不同大小的整定值。而且，必須設(shè)置較快的保護(hù)動(dòng)作，才能很好的應(yīng)對(duì)短路或者漏電的供電線路，只有第一時(shí)間斷開故障，才能幫助整定配合不同線路保護(hù)時(shí)提升相關(guān)的時(shí)間。所以井下出現(xiàn)故障的線路很大機(jī)率都會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘，從而發(fā)生大片停電，這對(duì)礦井生產(chǎn)安全造成了極大的影響。

2.設(shè)置跳閘防越級(jí)的相關(guān)保護(hù)方案

以往越級(jí)跳閘的情況出現(xiàn)在井下線路時(shí)，選擇以前的速斷保護(hù)方案不能達(dá)到選擇性目的，所以在安全生產(chǎn)煤礦的過程中，不斷的在攻克井下防止出現(xiàn)越級(jí)跳閘的供電線路問題。因此越來越多的人開始研究這個(gè)熱點(diǎn)問題，制定了不同的方案實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)設(shè)備自動(dòng)化的安全供電目標(biāo)，最終形成了以下幾種方案：雙口通訊法和延時(shí)速斷電流法還有保護(hù)地面通訊法和保護(hù)光纖縱差法以及閉鎖速斷電流法：

（1）雙口通訊法的工作過程和保護(hù)地面通訊法差不多，優(yōu)點(diǎn)是高效傳輸和快速判斷加裝了通訊接口RS485保護(hù)器以及電流故障信號(hào)傳輸?shù)腃AN專業(yè)口，挨個(gè)串聯(lián)保護(hù)器每一級(jí)的CAN口，在故障發(fā)生后可以實(shí)現(xiàn)線路開關(guān)附近故障點(diǎn)向上一級(jí)依次傳輸故障信息，傳達(dá)到保護(hù)器后可以立即做出邏輯判斷，得到本機(jī)的跳閘確切情況。其自主判斷發(fā)生于保護(hù)器的上下級(jí)互相通訊，無需地面主機(jī)進(jìn)行監(jiān)控操作，大大加強(qiáng)了處理故障的效率。

（2）保護(hù)光纖縱差法必須敷設(shè)保護(hù)器光纖通訊達(dá)到所謂的縱差保護(hù)。這一方案的優(yōu)點(diǎn)是具備可靠的靈敏動(dòng)作，以及較高的準(zhǔn)確性，能夠有效的降低越級(jí)跳閘現(xiàn)象。缺點(diǎn)是只能保護(hù)單一線路光纖的敷設(shè)開關(guān)上下級(jí)，比較局限。

（3）保護(hù)地面通訊方案是增加電網(wǎng)的全套智能系統(tǒng)，達(dá)到利用地面主機(jī)即可監(jiān)控讀取不同的電流信號(hào)在開關(guān)保護(hù)器相關(guān)動(dòng)態(tài)，地面主機(jī)根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果做出指令，幫助短路的故障完成跳閘開關(guān)。缺點(diǎn)是不具備可靠性，因?yàn)槊恳粋€(gè)環(huán)節(jié)和傳輸時(shí)間不同，所以有較慢的跳閘延遲，會(huì)影響供電系統(tǒng)。

（4）閉鎖電流速斷方案是選擇指定的保護(hù)器和安設(shè)閉鎖短路的模塊，加速對(duì)應(yīng)開關(guān)的跳閘時(shí)間，并加強(qiáng)無需跳閘的閉鎖開關(guān)。缺點(diǎn)是必須連接閉鎖線并安裝控制閉鎖短路設(shè)備。

（5）延時(shí)電流速斷方案是利用保護(hù)開關(guān)上下級(jí)產(chǎn)生的時(shí)間加強(qiáng)選擇性。缺點(diǎn)是只適用較少級(jí)數(shù)的供電系統(tǒng)，較長(zhǎng)動(dòng)作的保護(hù)時(shí)間無法達(dá)到迅速動(dòng)作規(guī)定的電力繼電保護(hù)系統(tǒng)。

3.分析應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)跳閘防越級(jí)裝置

變電所的晉華宮礦采用了技術(shù)研究改進(jìn)的饋電低壓開關(guān)加裝的自動(dòng)測(cè)控微電腦裝置，其型號(hào)是WZD-757。選擇跳閘防越級(jí)的雙口通訊方案，投入使用兩年多內(nèi)一直平穩(wěn)運(yùn)行，發(fā)生短路或漏電等故障后，會(huì)有動(dòng)作準(zhǔn)確的開關(guān)保護(hù)，沒有發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，大大加強(qiáng)了安全的井下供電環(huán)境。

(1)防越級(jí)跳閘自動(dòng)測(cè)控微電腦裝置的WZD-757型設(shè)置參數(shù)

①圖1是防越級(jí)跳閘的相關(guān)功能設(shè)置顯示圖

圖1 防越級(jí)設(shè)置

②圖2是設(shè)置的通訊防越級(jí)功能圖

圖2 防越級(jí)通訊功能設(shè)置

③短路動(dòng)作所需計(jì)算的保護(hù)時(shí)間

啟動(dòng)跳閘防越級(jí)功能后，采用下面公式計(jì)算保護(hù)時(shí)間：

Ts=（n-m）×T+Td

分析上式中，延時(shí)設(shè)定越級(jí)時(shí)間為T，單位是ms；實(shí)際保護(hù)短路的動(dòng)作時(shí)間是Ts，單位為ms；設(shè)置動(dòng)作保護(hù)時(shí)間是Td，單位為ms；供電當(dāng)前顯示的等級(jí)為m，單位是級(jí)；等級(jí)供電的負(fù)載側(cè)開關(guān)顯示的相關(guān)短路問題為n，單位為級(jí)。

(2)自動(dòng)測(cè)控微電腦裝置WZD-757型的跳閘防越級(jí)相關(guān)原理

圖3是自動(dòng)測(cè)控微電腦裝置WZD-757型的跳閘防越級(jí)相關(guān)系統(tǒng)。

圖3 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)

每一級(jí)的保護(hù)器開關(guān)利用CAN專用口進(jìn)項(xiàng)相互連接，使用了專用的CAN口后，極大的提升了短路信號(hào)的傳輸動(dòng)作，出現(xiàn)短路的線路，其短路電流的檢測(cè)需要利用開關(guān)上、下級(jí)的相互完成，與此同時(shí)速斷跳閘也同步啟動(dòng)；通訊CAN口的短路信號(hào)上傳必須在開關(guān)跳閘發(fā)生前，得到準(zhǔn)確的跳閘開關(guān)需要比較接收到的CAN信號(hào)，才能正確傳輸跳閘指令，此過程需要相應(yīng)的時(shí)間來完成，所以要加大延時(shí)的速斷保護(hù)器，達(dá)到足夠的時(shí)間去下發(fā)指令以及信號(hào)通訊，設(shè)置開關(guān)所對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間要匹配相應(yīng)的電網(wǎng)層級(jí)。設(shè)置20ms為規(guī)定的短路保護(hù)時(shí)長(zhǎng)，以及100ms的統(tǒng)一越級(jí)延時(shí)。

圖3顯示的開關(guān)保護(hù)器4″，5″是層級(jí)最低的，所以更改為8級(jí)的總數(shù)等級(jí)，因此7級(jí)本機(jī)等級(jí)實(shí)際是開關(guān)2″，3″，6級(jí)的本機(jī)等級(jí)實(shí)際是開關(guān)1″。

當(dāng)短路故障出現(xiàn)在1處時(shí)，短路電流會(huì)通過對(duì)應(yīng)的開關(guān)，1″2″4″，速斷跳閘依次對(duì)應(yīng)啟動(dòng)，短路信號(hào)的傳輸利用CAN口完成相應(yīng)的保護(hù)，1″，2″通過保護(hù)可以接收電流短路數(shù)值是經(jīng)過下級(jí)傳送而來，此時(shí)4″保護(hù)收到失敗，所以出現(xiàn)負(fù)荷側(cè)短路的是保護(hù)4″，故障1接著斷開線路跳閘，經(jīng)計(jì)算，保護(hù)跳閘1″，2″，4″的計(jì)算時(shí)間公式如下：

計(jì)算跳閘保護(hù)1″時(shí)間是：

計(jì)算跳閘保護(hù)2″時(shí)間是：

計(jì)算跳閘保護(hù)4″時(shí)間是：

當(dāng)短路發(fā)生于故障2時(shí)，對(duì)應(yīng)的1″2″開關(guān)會(huì)產(chǎn)生短路電流，對(duì)應(yīng)的速斷跳閘會(huì)依次啟動(dòng)，短路信號(hào)的傳輸經(jīng)過CAN口實(shí)現(xiàn)保護(hù)，1″保護(hù)可以順利接收電流的短路數(shù)值也是來自下級(jí)保護(hù)，對(duì)應(yīng)的2″保護(hù)接收失敗，所以負(fù)荷側(cè)短路發(fā)生于2″保護(hù)，必須對(duì)故障2切除線路并跳閘，計(jì)算對(duì)應(yīng)的跳閘保護(hù)1″2″的時(shí)間公式如下：

計(jì)算跳閘保護(hù)1″時(shí)間是：

計(jì)算跳閘保護(hù)2″時(shí)間是：

跳閘防越級(jí)保護(hù)器WZD-757型的主要原理為：短路故障發(fā)生后，開關(guān)保護(hù)器的上級(jí)接收相關(guān)故障信息主要利用CAN口，保護(hù)器針對(duì)相應(yīng)的故障信息做出邏輯判斷，找到準(zhǔn)確的跳閘故障點(diǎn)，控制對(duì)應(yīng)的上級(jí)開關(guān)實(shí)現(xiàn)跳閘時(shí)間為小于20ms；而保護(hù)其他未發(fā)生故障的點(diǎn)要利用100ms自動(dòng)延時(shí)的開關(guān)級(jí)差，從而實(shí)現(xiàn)可靠靈敏的后備保護(hù)故障點(diǎn)的目的。

4.結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)在礦井電網(wǎng)能否達(dá)到選擇性以及可靠性的保護(hù)動(dòng)作和越級(jí)跳閘目標(biāo)，是多年來實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行井下電網(wǎng)系統(tǒng)的首要難題。經(jīng)過不斷的試驗(yàn)改進(jìn)，最終確定了自動(dòng)測(cè)控微電腦裝置WZD-757型去達(dá)到變電所的改造，經(jīng)驗(yàn)證，此方法比較靈活且成本低，能夠完美處理越級(jí)跳閘的供電系統(tǒng)難題，從投入使用到現(xiàn)在一直平穩(wěn)運(yùn)行，均未發(fā)生越級(jí)跳閘的現(xiàn)象，具有可靠準(zhǔn)確的開關(guān)動(dòng)作。此項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)的原理簡(jiǎn)單易懂，改造過程相對(duì)易行方便，可以大力推廣于井下電網(wǎng)，其應(yīng)用前景較好。