短路速断闭锁防越级跳闸技术在煤矿高压供电系统的研究

短路速断闭锁防越级跳闸技术在煤矿高压供电系统的研究张汉昌;都波
【摘要】分析了高压供电系统短路故障越级跳闸的危害,阐述了防越级跳闸的常用方法以及弊端,提出了短路速断闭锁防越级跳闸技术.重点剖析电流速断保护及短路闭锁防越级跳闸技术的工作原理、结构组成、保护流程以及技术的先进性.短路速断闭锁防越级跳闸技术通过现场实际使用,取得了良好的效果.
【期刊名称】《煤矿机电》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】3页(P38-40)
【关键词】高压供电;防越级跳闸;短路速断保护
【作者】张汉昌;都波
【作者单位】陕西正通煤业有限责任公司,陕西咸阳713600;淄博矿业集团有限责任公司机电处,山东淄博255120
【正文语种】中文
【中图分类】TD611+.5
0 引言
目前煤矿井下高压供电系统普遍采用多级变电所级联供电方式，供电电缆大多为100～3 000 m，主要由供电电缆、高压配电装置组成级数较多的辐射状干线式级联供电网络。

由于井下供电线路短、阻抗小，不能通过增加多个时间级差来保证短
路保护的选择性(电力部门对保护时延有要求，不允许随便增加)［1］，故造成短
路保护整定的困难。

在下级支路发生短路故障时，末端的短路电流和始端的短路电流均满足电流速断保护跳闸条件，而当上级配电装置跳闸灵敏度高或下级不能正常动作时，就会使上级速断保护启动而造成越级跳闸，甚至越过多级［2］，导致矿井大面积停电，造成高瓦斯矿井瓦斯积聚，给矿井及人员的安全造成很大威胁。

因此，为提高煤矿电能质量，保障高压供电系统安全可靠性，研究防越级跳闸技术至关重要。

1 高压供电系统几种常用的防越级跳闸方式
煤矿常用的短路保护防越级跳闸方式分别为:电流速断延时法、光纤纵差保护法、
地面通讯保护法、保护器双口通讯法。

电流速断延时法能解决短路越级跳闸问题，但当井下供电系统级联数过多时，总延时超过0.5 s便可能引起地面变电站及更上级开关的越级跳闸;光纤纵差保护法只能保护一台配电装置到另一台配电装置之间
单一供电线路的短路防越级跳闸情况，无法实现高压总配电装置对多个分配电装置供电的短路防越级跳闸保护;地面通讯保护法自计算机接到所有保护器数据耗时在1～2.5 s，再计算、比较、判断、再下发指令控制下级配电装置跳闸可能超过2.5 s，短路时间长可能烧坏线路和设备;保护器双口通讯法也能解决短路越级跳闸问题，但计算机通信系统存在不确定性，时有反应慢、死机、病毒侵袭等问题，不可能100%可靠，实现短路防越级跳闸，而且短路时跳闸速度慢［3-6］。

2 电流速断闭锁技术
2.1 工作原理
短路速断闭锁技术就是在各高压配电装置的短路跳闸回路，串入下一级高压配电装置的短路闭锁常闭接点，当出现短路故障时，只有短路点上方最靠近短路点的一级高压配电装置才速断跳闸，而其他的上级高压配电装置均因短路闭锁常闭接点打开而不能跳闸。

2.2 电流速断闭锁保护器
电流速断闭锁保护器由内置短路电流采集模块的高压智能综合保护器(以下简称高
压综保)、短路闭锁控制器及闭锁信号线路或光纤组成。

2.2.1 高压综合保护器
1)结构组成:由数据采样模块、处理器(CPU)、A/D转换器、滤波及抗干扰模块、短路电流闭锁输出模块、短路跳闸模块、RS485通信模块、电源模块及备用电源等
组成。

2)主要功能:内置短路电流采集模块的高压综合保护器，从电流互感器采集电流信号，并与设定的短路电流值进行比较，判断线路是否短路，当发生短路故障时，短路点的上级高压综合保护器发出短路信号，并发出闭锁跳闸信号。

高压综合保护器同时具有过流、过载、过压、欠压(失压)、漏电、断相、三相不平衡等各种保护。

2.2.2 短路跳闸闭锁控制器
1)结构组成:由短路跳闸闭锁输入模块、光电转换器、处理器、短路解锁输出模块、RS-485通信模块、电源模块及后备电源等组成。

2)主要功能:内置短路跳闸闭锁模块，接收短路跳闸闭锁输出模块输出的短路信号，通过内部处理，输出短路跳闸闭锁信号。

2.2.3 短路速断及闭锁流程
短路速断及闭锁流程如图1所示。

图1 短路速断及闭锁流程图
3 电流速断闭锁防越级跳闸过程
电流速断闭锁防越级跳闸过程如下:
1)每个变电所各高防开关均安装1个高压综合保护器，每个变电所每段母线上对
应安装一个(16个开关以下)或多个(每16个开关一个)短路闭锁控制器。

短路闭锁
信号输出接点(通常在常闭状态)串接在跳闸线圈回路中，当井下2#变电所的2#高
压真空配电装置的负荷侧K1点发生短路故障时，2#高压真空配电装置的高压综合保护器向所在母线段的B1短路闭锁控制器发送短路电流闭锁信号，B1控制器将短路信号进行处理，并向所在母线段1#总高压真空配电装置发送短路闭锁信号，闭锁1#总高压真空配电装置(上一级开关)的速断保护，使之不能速断跳闸。

2)K1短路点的下级高压综保检测不到短路大电流，不能发出短路闭锁信号，不闭锁2#高压真空配电装置的短路跳闸回路，2#高压真空配电装置速断跳闸;当2#高压真空配电装置因故障拒动，不能跳闸，1#总高压真空配电装置的定时限过流保护延时100～300 ms后，短路闭锁信号解除并跳闸，作为2#高压真空配电装置的后备保护。

各级高压真空配电装置短路闭锁防越级跳闸功能依次级联，确保了整个线路所有高压真空配电装置不能越级跳闸;同一变电所内总分高压真空配电装置之间需通过1根两芯电缆连接，传输短路防越级跳闸级联信号。

3)2#变电所的短路速断闭锁信号经光电转化器转换后，通过光纤向1#变电所发送1#、10#总高压真空配电装置的短路闭锁信号，完成变电所之间短路防越级跳闸级联信号的传输。

4)当高压电网发生短路故障时，将造成相同电压等级的供电系统失压，相应的各供电设备将因失压跳闸。

为避免瞬时欠压保护误动，在每台高压真空配电装置配置一个阻容蓄能装置，阻容蓄能装置经高压综合保护器控制接点并接到欠压继电器(永磁机构高压真空配电装置)回路，高压真空配电装置得电，保护器接点闭合，欠压继电器(永磁机构高压真空配电装置)吸合，同时阻容蓄能装置充电;当母线失压时，阻容蓄能装置向欠压继电器(永磁机构高压真空配电装置)放电，保持欠压继电器(永磁机构高压真空配电装置)吸合，避免高压真空配电装置因瞬时失压而跳闸。

阻容蓄能装置可以保持欠压继电器(永磁机构高压真空配电装置)最大吸合时间2 s，可有效避免高压真空配电装置在大功率电动机启动、雷电干扰、母线上短路造成瞬时失压时的误跳闸。

图2为高压供电短路防越级跳闸系统图。

4 电流速断闭锁技术的评述
电流速断闭锁技术是靠硬件闭锁、软件采集，克服了软件闭锁的很多弊端，由于计算机通信系统是个不确定系统，存在有时反应慢、死机、病毒侵袭等问题，故电流速断闭锁技术避免了软件闭锁的不可靠性，不受计算机、以太网等不确定系统的影响，不处理应该跳闸高压配电装置的速断跳闸过程，让其自然速断跳闸(零时限);闭锁不该跳闸的高压配电装置速断跳闸功能，不让其跳闸。

因此，不因干扰信号影响误发闭锁信号，检测半个周波(10 ms)即可发出闭锁信号，在不该跳闸的配电装置启动速断跳闸(需20 ms以上)前将其闭锁，避免越级跳闸;电流速断闭锁技术还具
有抗外界磁场、电场等干扰的优点，大大增强了防越级跳闸的可靠性，是目前高压供电系统中防越级跳闸技术较为完善的一种保护方式。

图2 高压供电短路防越级跳闸系统图
5 结语
电流速断闭锁技术避免了软件闭锁的不可靠性、短路时跳闸速度慢(有一个小延时)、短路越级跳闸等缺点，是目前短路闭锁最可靠的防越级跳闸保护装置。

该技术的应用实现了高压短路速断，避免了短路越级跳闸引起的矿井大面积停电现象，为矿井的安全生产创造条件，从现场的使用情况看，效果良好。

因此，短路速断闭锁防越级跳闸技术在高压供电安全性要求高的高瓦斯矿井、新建矿井、供电系统自动化改造矿井具有很好的推广应用价值。

参考文献:
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2012(5):30-32.
［3］尹成迅，潘献全.煤矿供电系统越级跳闸研究［J］.煤炭科学技术，2011，
39(6):66-69.
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［5］卢喜山，张祖涛，李卫涛.煤矿供电系统基于纵联差动保护原理的防越级跳闸技术研究［J］.煤矿机械，2011，32(4):71-73.
［6］张根现，马星河，张传书，等.井下高压电网防越级跳闸系统研究［J］.煤矿机电，2009(2):56-58.。