煤矿防越级跳闸XX813
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由于以上速动保护完全覆盖了整个配电系统且均有明确的动作区，配电系统 任一处故障时保护均能按最小停电原则立即动作，因此完全解决了越级跳闸问题。
本方案的优点:实现了保护和测控系统的全数字化，保护配置灵活，完全拥有 DMP5000系统的所有优点，彻底解决了越级跳闸的问题，并且能提供基于全系统零 序电流的漏电保护功能。
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煤矿防越级跳闸XX813
潞安常村矿示范系统
n N3采区1#变电所：
• 29台高压防爆配电开关，配置29台井下矿用智能保护器、2台矿用光 通讯接口。
n N3采区2#变电所：
n 每台矿用光通讯接口有：
• 两对上行单模光纤以太网口（一对和集成保护测控装置通讯、 一对和集成电度计量装置通讯）
• 一芯和GPS时钟服务器对时的单模光口、 • 一对和其他矿用网络接入器同步的单模光口。
n 矿用光通讯接口安装于井下采区变电所内，通过矿用阻 燃光缆和矿用智能保护器通讯。
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➢ 二次设备网络化，通信网络取代复杂的控制电缆，消除了电缆带来的电磁 兼容等问题；
➢ 采用电子式互感器，消除了电流互感器二次开路及饱和、电压互感器二次 短路及铁磁谐振现象，具有低功耗、安全环保等功能；
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煤矿防越级跳闸XX813
数字化变电站特殊应用 --煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统
1）保护动作速度快，平均动作速度小于25ms，大大小 于36ms的科技立项目标。
2）针对煤矿井下线路短，短路电流大的特点，开发了 CT饱和识别技术，能避免穿越性故障时由于CT饱和导致的 光差误动。
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煤矿防越级跳闸XX813
高级扩展应用软件
n
保护主机上还可配置母线差动保护，在母线故障时提供速断保护，
致速断保护定值难以整定，往往导致N3采区2＃变电所2＃负荷馈出线故障时，
N3采区2＃变电所2#高开、705保护动作，即“越级跳闸”，导致整个N3
采区1＃变电所I段母线和N3采区2＃变电所I段母线全部停电。
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煤矿防越级跳闸XX813
•数字化变电站系统概述
•
“数字化变电站”是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网
煤矿防越级跳闸-XX813
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2020/11/21
煤矿防越级跳闸XX813
内容概括
1.目前厂矿企业、煤矿井下存在的越级跳闸问题 2.越级跳闸原因分析 3.数字化变电站系统概述 4.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统 5.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统成果展示 6.与传统常规保护的对比 7.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案（一） 8.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案（二） 9.常村矿示范系统 10.主要业绩
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煤矿防越级跳闸XX813
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煤矿防越级跳闸XX813
越级跳闸原因分析
n
常规系统以速断过流保护为主保护，每一个小蓝色块代表一个速断过流
保护。由于无时间级差，导致速断保护必须保护线路全长，705＃线速断保
护的保护范围是705＃开关到N3采区1＃变电所1＃进线高开之间的线路；
本方案相对完全的数字式系统方案，由于矿用智能保护器数量大大减少， 需要的矿用光通讯接口数量也大大减少，费用大大降低，具有较高的性价比。 本方案尤其适合已经安装了微机保护装置，只需要解决越级跳闸问题的煤矿 供电系统，这样大部分微机保护装置不需要更换，可以用较少的费用达到大 大减少越级跳闸的目的。
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最新研究成果： 1、光纤通讯的矿用智能保护器 2、低功耗矿用隔爆型光通讯接口 3、功能强大的集成保护测控装置（保护主机） 4、基于实时嵌入式操作系统的保护系统软件 （含光纤纵差保护软件） 5、基于实时嵌入式操作系统的电度计量软件 6、新型大容量点对点光纤数字通信网
完全解决煤矿供电系统广泛存在的越级跳闸的问题， 提高煤矿供电系统的供电可靠性。
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用光通讯接口（一）
n
将来自矿用智能保护器的数据合并打包后通过光缆送
往地面控制中心的集成保护测控装置，接受集成保护测控
装置下发的控制命令并转发给相应的矿用智能保护器。
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用光通讯接口（二）
n 矿用光通讯接口工作电源由采区变电站所变提供（127V 交流），配备储能电容盒，在失去工作电源的情况下能 继续工作。
n
应用最新的基于全站网络数据共享的数字化变电站技术，运用高
速光纤通讯和纳秒级同步采样专利技术，将精确同步采样的井下各高
爆的电流、电压数据上送位于地面控制中心的保护主机。
n
保护主机上配置差动保护模块取代传统过流速断保护作为线路的
主保护，差动保护范围固定，实现全系统零时限全线速动，从而彻底
解决煤矿供电系统广泛存在的“越级跳闸”问题，大大提高了煤矿供
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煤矿防越级跳闸XX813
全系统故障录波
1）实现全系统数百个模拟量通道和开关量的故障录波， 录波通道数大大超过专用故障录波器。 2）支持高达20次谐波分析，大大提高了故障分析的准确 性。 3）保护主机采用“海量”存储器，能保存多达4096条故 障记录，记忆最新32套故障波形。
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与传统常规保护的对比
n 采用传统保护模式：
由于定值难以整定，无时间级差，无论在开关正常或失灵情况 下均会出现“越级跳闸”，井下采区变电站末端馈出故障时导致6KV 开闭所馈出“越级跳闸”；在CT饱和的情况下会导致保护延时数十毫 秒动作。
n 采用煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统模式：
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煤矿防越级跳闸XX813
煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案 (二)
和传统微机保护相结合的方案： 考虑到大部分故障均为线路故障，母线故障概率较小。本方案在各变电
所之间的联络线两端安装矿用智能保护器，采用高速光纤网络将采样的数据 上送至位于地面开闭所或变电站的保护装置，基于全站数据共享的保护装置 配置双侧线路差动保护、三端线路差动保护作为这些联络线的主保护，并且 把联络线四遥信息送至监控主机，而在各变电所保留大量的原微机保护装置， 通过光端机把四遥信息送至监控主机
n 最多集成96个电能计量单元，可以实现全系统端口电度计 量。
n 电度功能模块化，系统的电度计量、监测配置由图形操作 完成，配置灵活，便于扩展升级改造。
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新型大容量点对点光纤数字通信网
1）独有的点到多点的同步采样控制技术，保证了所有采集控制装置 同步采样误差<200ns级，同步稳定且不受链路长度影响； 2）采用多种网络数据报过滤规则，有效杜绝未经授权的下行访问， 极大地提高了系统安全； 3）采用最新的数据链路纠错技术，误码率下降1000倍 。 3）32位CRC数据检错技术，避免数据误码对系统造成的影响。 4）支持任意速率的二次采样和在线数据订阅； 5）自动检测光纤信号质量并给出实时状态指示； 6）通讯距离达40KM。
n
N3采区1＃变电所2＃高开速断保护的保护范围是N3采区1＃变电所2＃
高开到N3采区2＃变电所1＃高开之间的线路，N3采区2＃变电所2＃高开速
断保护的保护范围是N3采区2＃变电所2＃负荷馈出线。
n
由于线路较短，N3采区2＃变电所2＃负荷馈出线靠近母线处故障时的
故障电流和N3采区1＃变电所2＃高开出线故障时的故障电流基本相同，这导
电系统的供电可靠性。
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煤矿防越级跳闸XX813
线路差动原理
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母线差动原理
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煤矿防越级跳闸XX813
煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统
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煤矿防越级跳闸XX813
煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统成果展示
络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操
作，并以网络数据为基础，实现数据测量监视、控制保护、信息管理等自
动化功能的变电站。 “数字化变电站”具有以下优势：
➢ 采用IEC61850标准，实现互操作；
➢ 全站同步采样、数据共享大大简化了现场接线，使实现以整个变电站为考 虑对象的保护控制等功能成为可能。
便的拷贝、下载定值。
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用智能保护器就地保护功能
矿用智能保护器能具有保护功能，光纤网络通讯正常时该保护功 能不启用，由地面的保护主机实现全系统保护功能；光纤网络中断时， 矿用智能保护器自动启动以下保护功能： n 三段式电流保护：速断、限时速断、定时过流 n 反时限过流保护 n 二段零序电流保护（漏电） n 三段式低电压保护 n 三段式过电压保护 n 零序过电压保护 n 负序过流保护 n 电缆绝缘监视。 n 非电量保护（瓦斯闭锁，风电闭锁）
忆的零序电流5次谐波和基波幅值比较，如果最大的一条的幅值远远
大于其余两条，则选出幅值最大的为漏电故障支路，有助于解决漏电
保护准确性和可靠性的问题。
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电度计量装置
n 基于精确的同步测量电流和电压数据，可在地面控制中心 配置电度主机实现采区变馈线的电度计量。和目前煤矿普 遍采用在各高爆安装电度表，人工抄表的方式相比，本系 统可大大减小运行人员的工作强度，提高电度统计数据的 准确性。
煤矿防越级跳闸XX813
集成保护测控装置（保护主机）
n 基于最新超大规模FPGA和多DSP内核并行处理技术 ，研发 了计算能力相当于100余台微机保护装置的保护主机。在 常村矿示范系统中，单台即实现了8条线路光差，50条线 路的保护和测控运算。
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煤矿防越级跳闸XX813
光纤纵差保护软件
煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案 (一)
完全的数字式系统方案： 该方案在井下配电系统和可能出现越级跳闸的地面6KV线路安装矿用智能保护
器，采用高速光纤网络将采样的数据上送至位于地面开闭所或变电站的集成保护 测控装置，基于全站数据共享的保护装置按如下原则配置保护和自动装置。具体 为：
• 在各变电所之间的联络线配置双侧线路差动保护、三端线路差动保护； • 在各变电所母线配置母线差动保护； • 在负荷线路配置保护线路全长的过流速断保护。
填补了目前采区变母线没有专有保护的空白。
n
基于采区变所有馈出线的零序电流数据可以开发专用漏电保护模
块，采用光纤传输，全站数据共享保护系统，解决了原漏电保护中存
在的抗干扰能力差、传输速率慢及数据处理速度慢、各支路零序电流
无法进行比较的问题。
n
基于零序电压，全站零序电流和消弧线圈数据的综合处理。先选
出所有线路中零序电流5次谐波和基波幅值变化最大的三条，再和记
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用智能保护器(一)
n
安装于井下采区变电所高压防爆配电开关内的矿用智
能保护器将就地采集到的模拟量、开入量等信息数字化后
通过光纤网络上送给矿用光通讯接口，接受跳闸命令，实
现保护跳闸。
n
矿用智能保护器由PT（100V）供电，并且配备储能电
容，在失去工作电源的情况下能继续工作，确保失压保护
采用光纤差动作为线路主保护，动作区固定，不需要时间级差 的配合，在任何地点故障均无越级跳闸；即使开关失灵，只开放上一 级后备保护，由上一级后备保护动作切除故障，不会造成越级跳闸； 在CT饱和的情况下保护动作速度不受影响；在平时保护动作情况下比 常规保护快10ms。
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煤矿防越级跳闸XX813
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煤矿防越级跳闸XX813
目前厂矿企业、煤矿井下存在的越级跳闸问题
n 供电系统复杂，线路短，存在3端线路，线路保护电流定 值难以整定，尤其是煤矿井下存在多级采区变电站级联的 情况，也不能通过增加时间级差实现各级线路保护的整定 配合，线路故障时极易出现越级跳闸，导致大面积停电， 严重影响安全生产。
可靠动作。
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用智能保护器（二）
n
就地实现测控功能，并能在地面的保护主机实现遥测、
遥信、遥控及防误操作等，遥测、遥信数据实时刷新，在
地面即可完成井下高爆的分、合操作改矿用智能保护器就
地保护定值；保护定值采用标准文件输出，能使用U盘方
本方案的优点:实现了保护和测控系统的全数字化，保护配置灵活，完全拥有 DMP5000系统的所有优点，彻底解决了越级跳闸的问题，并且能提供基于全系统零 序电流的漏电保护功能。
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煤矿防越级跳闸XX813
潞安常村矿示范系统
n N3采区1#变电所：
• 29台高压防爆配电开关，配置29台井下矿用智能保护器、2台矿用光 通讯接口。
n N3采区2#变电所：
n 每台矿用光通讯接口有：
• 两对上行单模光纤以太网口（一对和集成保护测控装置通讯、 一对和集成电度计量装置通讯）
• 一芯和GPS时钟服务器对时的单模光口、 • 一对和其他矿用网络接入器同步的单模光口。
n 矿用光通讯接口安装于井下采区变电所内，通过矿用阻 燃光缆和矿用智能保护器通讯。
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➢ 二次设备网络化，通信网络取代复杂的控制电缆，消除了电缆带来的电磁 兼容等问题；
➢ 采用电子式互感器，消除了电流互感器二次开路及饱和、电压互感器二次 短路及铁磁谐振现象，具有低功耗、安全环保等功能；
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煤矿防越级跳闸XX813
数字化变电站特殊应用 --煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统
1）保护动作速度快，平均动作速度小于25ms，大大小 于36ms的科技立项目标。
2）针对煤矿井下线路短，短路电流大的特点，开发了 CT饱和识别技术，能避免穿越性故障时由于CT饱和导致的 光差误动。
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煤矿防越级跳闸XX813
高级扩展应用软件
n
保护主机上还可配置母线差动保护，在母线故障时提供速断保护，
致速断保护定值难以整定，往往导致N3采区2＃变电所2＃负荷馈出线故障时，
N3采区2＃变电所2#高开、705保护动作，即“越级跳闸”，导致整个N3
采区1＃变电所I段母线和N3采区2＃变电所I段母线全部停电。
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煤矿防越级跳闸XX813
•数字化变电站系统概述
•
“数字化变电站”是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网
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2020/11/21
煤矿防越级跳闸XX813
内容概括
1.目前厂矿企业、煤矿井下存在的越级跳闸问题 2.越级跳闸原因分析 3.数字化变电站系统概述 4.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统 5.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统成果展示 6.与传统常规保护的对比 7.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案（一） 8.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案（二） 9.常村矿示范系统 10.主要业绩
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煤矿防越级跳闸XX813
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煤矿防越级跳闸XX813
越级跳闸原因分析
n
常规系统以速断过流保护为主保护，每一个小蓝色块代表一个速断过流
保护。由于无时间级差，导致速断保护必须保护线路全长，705＃线速断保
护的保护范围是705＃开关到N3采区1＃变电所1＃进线高开之间的线路；
本方案相对完全的数字式系统方案，由于矿用智能保护器数量大大减少， 需要的矿用光通讯接口数量也大大减少，费用大大降低，具有较高的性价比。 本方案尤其适合已经安装了微机保护装置，只需要解决越级跳闸问题的煤矿 供电系统，这样大部分微机保护装置不需要更换，可以用较少的费用达到大 大减少越级跳闸的目的。
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最新研究成果： 1、光纤通讯的矿用智能保护器 2、低功耗矿用隔爆型光通讯接口 3、功能强大的集成保护测控装置（保护主机） 4、基于实时嵌入式操作系统的保护系统软件 （含光纤纵差保护软件） 5、基于实时嵌入式操作系统的电度计量软件 6、新型大容量点对点光纤数字通信网
完全解决煤矿供电系统广泛存在的越级跳闸的问题， 提高煤矿供电系统的供电可靠性。
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用光通讯接口（一）
n
将来自矿用智能保护器的数据合并打包后通过光缆送
往地面控制中心的集成保护测控装置，接受集成保护测控
装置下发的控制命令并转发给相应的矿用智能保护器。
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用光通讯接口（二）
n 矿用光通讯接口工作电源由采区变电站所变提供（127V 交流），配备储能电容盒，在失去工作电源的情况下能 继续工作。
n
应用最新的基于全站网络数据共享的数字化变电站技术，运用高
速光纤通讯和纳秒级同步采样专利技术，将精确同步采样的井下各高
爆的电流、电压数据上送位于地面控制中心的保护主机。
n
保护主机上配置差动保护模块取代传统过流速断保护作为线路的
主保护，差动保护范围固定，实现全系统零时限全线速动，从而彻底
解决煤矿供电系统广泛存在的“越级跳闸”问题，大大提高了煤矿供
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全系统故障录波
1）实现全系统数百个模拟量通道和开关量的故障录波， 录波通道数大大超过专用故障录波器。 2）支持高达20次谐波分析，大大提高了故障分析的准确 性。 3）保护主机采用“海量”存储器，能保存多达4096条故 障记录，记忆最新32套故障波形。
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与传统常规保护的对比
n 采用传统保护模式：
由于定值难以整定，无时间级差，无论在开关正常或失灵情况 下均会出现“越级跳闸”，井下采区变电站末端馈出故障时导致6KV 开闭所馈出“越级跳闸”；在CT饱和的情况下会导致保护延时数十毫 秒动作。
n 采用煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统模式：
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煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案 (二)
和传统微机保护相结合的方案： 考虑到大部分故障均为线路故障，母线故障概率较小。本方案在各变电
所之间的联络线两端安装矿用智能保护器，采用高速光纤网络将采样的数据 上送至位于地面开闭所或变电站的保护装置，基于全站数据共享的保护装置 配置双侧线路差动保护、三端线路差动保护作为这些联络线的主保护，并且 把联络线四遥信息送至监控主机，而在各变电所保留大量的原微机保护装置， 通过光端机把四遥信息送至监控主机
n 最多集成96个电能计量单元，可以实现全系统端口电度计 量。
n 电度功能模块化，系统的电度计量、监测配置由图形操作 完成，配置灵活，便于扩展升级改造。
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煤矿防越级跳闸XX813
新型大容量点对点光纤数字通信网
1）独有的点到多点的同步采样控制技术，保证了所有采集控制装置 同步采样误差<200ns级，同步稳定且不受链路长度影响； 2）采用多种网络数据报过滤规则，有效杜绝未经授权的下行访问， 极大地提高了系统安全； 3）采用最新的数据链路纠错技术，误码率下降1000倍 。 3）32位CRC数据检错技术，避免数据误码对系统造成的影响。 4）支持任意速率的二次采样和在线数据订阅； 5）自动检测光纤信号质量并给出实时状态指示； 6）通讯距离达40KM。
n
N3采区1＃变电所2＃高开速断保护的保护范围是N3采区1＃变电所2＃
高开到N3采区2＃变电所1＃高开之间的线路，N3采区2＃变电所2＃高开速
断保护的保护范围是N3采区2＃变电所2＃负荷馈出线。
n
由于线路较短，N3采区2＃变电所2＃负荷馈出线靠近母线处故障时的
故障电流和N3采区1＃变电所2＃高开出线故障时的故障电流基本相同，这导
电系统的供电可靠性。
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线路差动原理
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母线差动原理
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煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统
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煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统成果展示
络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操
作，并以网络数据为基础，实现数据测量监视、控制保护、信息管理等自
动化功能的变电站。 “数字化变电站”具有以下优势：
➢ 采用IEC61850标准，实现互操作；
➢ 全站同步采样、数据共享大大简化了现场接线，使实现以整个变电站为考 虑对象的保护控制等功能成为可能。
便的拷贝、下载定值。
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用智能保护器就地保护功能
矿用智能保护器能具有保护功能，光纤网络通讯正常时该保护功 能不启用，由地面的保护主机实现全系统保护功能；光纤网络中断时， 矿用智能保护器自动启动以下保护功能： n 三段式电流保护：速断、限时速断、定时过流 n 反时限过流保护 n 二段零序电流保护（漏电） n 三段式低电压保护 n 三段式过电压保护 n 零序过电压保护 n 负序过流保护 n 电缆绝缘监视。 n 非电量保护（瓦斯闭锁，风电闭锁）
忆的零序电流5次谐波和基波幅值比较，如果最大的一条的幅值远远
大于其余两条，则选出幅值最大的为漏电故障支路，有助于解决漏电
保护准确性和可靠性的问题。
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电度计量装置
n 基于精确的同步测量电流和电压数据，可在地面控制中心 配置电度主机实现采区变馈线的电度计量。和目前煤矿普 遍采用在各高爆安装电度表，人工抄表的方式相比，本系 统可大大减小运行人员的工作强度，提高电度统计数据的 准确性。
煤矿防越级跳闸XX813
集成保护测控装置（保护主机）
n 基于最新超大规模FPGA和多DSP内核并行处理技术 ，研发 了计算能力相当于100余台微机保护装置的保护主机。在 常村矿示范系统中，单台即实现了8条线路光差，50条线 路的保护和测控运算。
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光纤纵差保护软件
煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案 (一)
完全的数字式系统方案： 该方案在井下配电系统和可能出现越级跳闸的地面6KV线路安装矿用智能保护
器，采用高速光纤网络将采样的数据上送至位于地面开闭所或变电站的集成保护 测控装置，基于全站数据共享的保护装置按如下原则配置保护和自动装置。具体 为：
• 在各变电所之间的联络线配置双侧线路差动保护、三端线路差动保护； • 在各变电所母线配置母线差动保护； • 在负荷线路配置保护线路全长的过流速断保护。
填补了目前采区变母线没有专有保护的空白。
n
基于采区变所有馈出线的零序电流数据可以开发专用漏电保护模
块，采用光纤传输，全站数据共享保护系统，解决了原漏电保护中存
在的抗干扰能力差、传输速率慢及数据处理速度慢、各支路零序电流
无法进行比较的问题。
n
基于零序电压，全站零序电流和消弧线圈数据的综合处理。先选
出所有线路中零序电流5次谐波和基波幅值变化最大的三条，再和记
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煤矿防越级跳闸XX813
矿用智能保护器(一)
n
安装于井下采区变电所高压防爆配电开关内的矿用智
能保护器将就地采集到的模拟量、开入量等信息数字化后
通过光纤网络上送给矿用光通讯接口，接受跳闸命令，实
现保护跳闸。
n
矿用智能保护器由PT（100V）供电，并且配备储能电
容，在失去工作电源的情况下能继续工作，确保失压保护
采用光纤差动作为线路主保护，动作区固定，不需要时间级差 的配合，在任何地点故障均无越级跳闸；即使开关失灵，只开放上一 级后备保护，由上一级后备保护动作切除故障，不会造成越级跳闸； 在CT饱和的情况下保护动作速度不受影响；在平时保护动作情况下比 常规保护快10ms。
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目前厂矿企业、煤矿井下存在的越级跳闸问题
n 供电系统复杂，线路短，存在3端线路，线路保护电流定 值难以整定，尤其是煤矿井下存在多级采区变电站级联的 情况，也不能通过增加时间级差实现各级线路保护的整定 配合，线路故障时极易出现越级跳闸，导致大面积停电， 严重影响安全生产。
可靠动作。
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矿用智能保护器（二）
n
就地实现测控功能，并能在地面的保护主机实现遥测、
遥信、遥控及防误操作等，遥测、遥信数据实时刷新，在
地面即可完成井下高爆的分、合操作改矿用智能保护器就
地保护定值；保护定值采用标准文件输出，能使用U盘方