煤矿井下短路越级跳闸的故障分析

大的事故, 通过分析短路电流的变化规律和目前广泛使用的智能型保护器的保护原理 , 探讨出现越 级跳闸故障的技术原因, 并在此基础上提出应对该问题的技术措施 。 关键词 : 短路; 越级跳闸 ; 防爆开关; 综合保护 中图分类号 : TD611 文献标志码: A 文章编号 : 1003- 0794( 2009) 02- 0223- 02
收稿日期 : 2008- 11- 06
Analysis of A ccident for Short C ircuit of Skipping Grades Trip under CoalM ines
M ENG Hu i- xia , HU M an- hong ( Jiyuan V oca tiona l and T echn ica l Co lleg e , Jiyuan 454650, Ch ina)
) + if0 e
而最大短路电流冲击值由 if0决定。 该值既与短路前的负载有关 , 又同短路发生的 时刻 ( 角 ) 有关。若短路前为空载状态 , Im = 0 ,这
Vo . l 30No. 2
煤矿井下短路越级跳闸的故障分析 d
孟惠霞, 等
第 30 卷第 2 期
是有最大初始值的负载条件 ,
=
90! 时, 这
图 2 短路电流的过渡过程
2 开关实施短路保护的原理及参数 目前在井下大量使用的 6 kV 或 10 k V 高压防 爆开关 , 都采用了单片机控制的综合保护 , 动作机构 有弹簧储能机构和永磁机构 2种。开关柜内采取的 保护措施是通过 2 个高压电流互感器检测 A、 C两 相电流 , 信号送给单片机控制的综合保护器, 作为短 路保护、 过载保护和电流显示的依据 , 如图 3 。
参考文献 :
[ 1] 崔景岳 , 刘思沛 , 聂文龙 . 煤矿供电 [ M ] . 修订版 . 北京 : 煤炭工业 出版社 , 1985: 45 . [ 2] 刘介才 . 工厂供电 [ M ] . 修订版 . 北京 : 机械工业出版社 , 1984 . 作者简介 : 孟惠霞 ( 1958 - ) , 河南济源人 , 本科 , 讲师 , 主要研究 方向 : 电工电子技术 应用。已发 表论文多 篇。电子信 箱: ku aile5 - 8 @ 128 . com.
在保护器内部 , 外围互感器输入的电流信号首 先转换为电压信 号, 经过 滤波和取样电路 , 再通过 AC /DC 变换以后 , 单片机进行数字采样, 然后进行 数字滤波、 有效值计算和设定值比较等逻辑处理, 最 终决定是否发出跳闸信号 , 如果确定信号已经超限 , 则发出跳闸指令 , 指挥出口继电器动作, 否则循环采 样 , 进行实时监控。 按照技术要求, 对短路保护的动作时间规定是 从发生短路到开关柜脱扣跳闸时间不大于 0 . 1 s。 根据规定 , 开关柜的型式试验和出厂试验均为 开关通过大于短路电流的实验电流, 要求开关跳闸 时间不大于 0 . 1 s。 出厂的开关柜能够满足这一指标要求, 但其动 作时间也比较接近 0 . 1 s , 一般在 0 . 07~ 0 . 09 s。开 关的跳闸时间主要由 2 部分组成: ( 1) 信号检测、 取 样、 计算以及逻辑判断的时间 , ( 2) 出口继电器、 电 磁阀、 动作机构等所需的运行时间。使用单片机控 制的智能保护器以后 , 因为是数字化瞬时采样 , 为了 保证开关运行的可靠性, 采样持续时间要达到 2~ 3 个周波, 即 最短的短路信 号确认时间需 要 0 . 04 ~ 224
d 点发生短路, 不考虑负载的影响, 在电源至短 路点的回路内 did + R id = um sin ( t+ ) dt um 解得 id = sin( t + - d ) + 2 2 2 R + L L [ Im sin ( ) - I zm sin ( d d - t
Ta
)] e
-
R t L
简化为 id = I zm sin( t + -
Abstract : T he short c ircu it under the coal m in es often causes large areas to lo se electric pow er , and som eti m es , the coa l m in e can not get e lectric pow er i mm ediate ly so that m ore serio us acc id ent w ill hap pen . A cco rd ing to th e analysis of the changable rules fo r the short circu it curren t and th e protect iv e theory of the in te lligent pro tector w hich used norm ally now adays , m a in ly discusses the techn ica l problem s o f the acc id ent fo r skip grade trip and pu ts forw ard the techn ica l m easures for the prob le ms . K ey w ord s : short circu i; t sk ip grade trip ; exp lo sion proo f sw itch ; integ rated protection 0 前言 在煤矿井下 6 kV 或 10 kV 中性点不接地三相 供电系统中 , 出现次数较多的严重故障是短路 , 发生 的案例有: ( 1) 淮南一个矿井 6 kV 高压防爆开关隔 离插销处动触头滑出, 动静触头接触不良引发的三 相环火 , 因为故障点最近的上级开关没有及时分断 电路, 越过井下变电站而使地面变电站跳闸, 引发大 面积的停电事故。事故发生以后因为不能在短时间 内确定故障点而恢复供电 , 甚至引起瓦斯超限的情 况 , 给正常生产带来较大的危害。 ( 2) 焦作一矿井 下电缆头潮湿漏电引起的短路 , 同样是引起了地面 变电站跳闸。事实上短路以后出现越级跳闸的情况 在现场发生很多 , 是电气系统运行中常见故障之一。 1 短路故障中电流变化的分析 短路在井下不是常发事故, 但是一旦发生危害 极大, 在井下的供电保护系统中 , 对短路的保护仍然 是通过检测短路电流来实现 , 所以了解发生短路以 后电流的变化规律非常重要。因为短路电流和具体 的故障点位置及短路发生的时刻具有直接的关系 , 而故障点的位置和短路发生时刻又具有很大的偶然 性 , 所以分析时考虑最严重的情况。 在中性点不接地的三相供电系统中发生的主要 223
图 3 实施短路保护的工作过程
生要求必须在短时间内尽快切断电路 , 显然在设置 整个电气系统的保护参数中有一个矛盾 , 一方面为 了反应快 , 保护及时可以设置下限参数 , 另一方面为 了增强选择性在上级开关中又可以设置上限参数。 在工作现场有时为了避免越级跳闸而选择后者, 如 果一旦下级开关出现不能分闸的故障 , 势必将增大 短路电流 , 带来更大的隐患。 合理选择是按照下限设置保护参数 , 而选择带 有通讯功能的保护器 , 在工作站可以观察和记录各 级开关的运行参数。如果有短路发生 , 即使出现越 级跳闸情况, 可以通过调阅跳闸前的运行参数而确 定短路发生的范围 , 这样既可以保证在短时间内恢 复电路, 又保证电路保护的灵敏性。
第 30卷第 2 期 2009年 2月
煤 矿 机 械 Coa lM ine M ach in ery
V o. l 30 N o. 2 Feb. 2009
煤矿井下短路越级跳闸的故障分析
孟惠霞 , 胡满红 ( 济源职业技术学院 , 河南 济源 4Hale Waihona Puke Baidu4650)
摘
要 : 煤矿井下的短路故障往往引起大面积停电事故, 而且有时不能迅速恢复供电, 造成更
图 1 三相短路的电路模型
短路类型有三相短路、 两相短路、 两相接地短路等, 造成短路的因素往往是逐步形成的 , 但故障因素转 变为短路故障却是突然的, 发生突然短路时 , 系统由 原来的工作状态, 经过一个暂态过程进入短路稳定 状态。考虑最严重的情况, 假定无限大容量电源 , 三 相短路, 如图 1 , 取其中一相讨论。
0 06 s , 否则容易引起开关的误动作, 二分闸信号的 传递以及机构完全脱开约需要 0 03 s的时间, 对于 出厂的开关柜由于个体差异的因素略有差别, 但总 体上动作时间在 0 . 07~ 0 . 09 s 。 在煤矿井下上下两级开关具有相同的短路动作 时间 , 其短路动作的选择性只能依靠短路电流的整 定值 , 这就可能出现如下情况 : ( 1)上下级开关整定数据接近 , 本级开关超限 以后 , 上级开关也已经超限, 出现上下级开关同时跳 闸的情况 , 即下级开关没有完成有效拦截而扩大了 停电范围。因为开关柜的动作时间都是 0 . 1 s, 所以 上下级出现了抢跳 , 或者是下级开关跳闸过程中 , 上 级开关同样执行了跳闸动作。 ( 2)上下级开关短路整定数据虽然已 经拉开, 但短路故障发生在最不利的时刻 , 短路电流大而且 上升快, 在 0 . 01 s 内达到最大值 , 显然这个时间内 上下级开关都不可能做出反应, 同样导致上下级开 关同时超限出现同时跳闸的情况 , 甚至引起地面变 电站跳闸。 3 应对越级跳闸故障的措施 因为越级跳闸在实际运行中给安全生产带来 严重的影响, 所以有效避免该事故发生有重要的意 义, 而短路故障又是具有严重破坏力的故障 , 一旦发
是非周期分量有最大初始值的短路时刻。 一般短路回路中 L > > R, 即
d
∀ 90 ! , 这时在
( = 90! 或 180!)时发生短路为最不利的情况, 从图 2 所示的电流波形图中可看出, 冲击电流将在短路 后半个周期出现, 当 f = 50 H z 时, 短路电流达到峰 值的时间为 0 . 01 s。