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2015 年 17 期 243

关于杨庄煤矿地面、井下变电所防越级跳闸保护系统的探讨

杨玉兵

（ 淮北矿业集团杨庄煤矿机电科 安徽省淮北市 235000）

中图分类号：TD611文献标识码：A文章编号：1671-5659（2015）17-0243-02 摘要：杨庄煤矿作为淮北矿区的衰老矿井之一，开采时间长，供电系统采用传统的供电方式，地面和井下均采用短电缆出线方式，导致在电缆线路首末端短路时，短路电流相差不大，传统的整定方式无法区分电缆短路位臵，造成短路、过流保护无法进行配合，从而导致越级跳闸情况的发生，本方案采用分布式智能速断原理的防越级跳闸保护系统能较好的解决这一问题，系统能够自主判断故障区段，准确快速切断距离故障点最近的故障开关，以达到防越级跳闸的目的，并且对于母线故障也能够做到快速切除。

关键词：越级跳闸 保护器 分布式 智能 ZBT-11C 级联纵差 1、简介

煤矿供电作为煤矿的“血液”，安全稳定的供电对煤矿的正常运行起着至关重要的作用。一旦出现井下、地面变电所或配电室过流、漏电、接地或者失电等事故，轻则造成生产中断，重则可能造成巨大的的财产损失和人员伤亡事故。国家安全监管总局，国家煤矿安监局《关于加强煤矿机电运输安全管理工作的通知》也进一步指出：“应建立煤矿安全生产综合监控系统，实现对矿井供电、提升、运输、排水、压风、通风、采掘、瓦斯抽放等系统机电设备的远程监测监控，提高设备控制自动化、机电运输安全管理信息化水平”。

淮北矿业集团杨庄煤矿于1966年投产，设计生产能力90万吨/年，后经扩建改造生产能力核定为210万吨/年。与其他大多数老矿一样，煤矿的井下电网实际上是一个短距离电缆线路构成的供电网，供电方式采取从地面变电所到中央变电所、从中央变电所再到采区变电所这样级联式的供电网络。井下采用短电缆出线方式，在电缆线路首末端短路时，短路电流相差不大，单靠传统的过流定值加时间延时级差的方法无法区分是下级变电所的下级电缆短路还是本变电所的电缆短路；造成短路、过流保护无法进行配合，不可避免的造成越级跳闸情况的发生，特别是当地面向井下供电的线路短路保护没有延时配合，更容易造成井下故障，地面保护先跳闸情况发生。

而作为整定保护“心脏”的高压开关综合保护器是SDZB-W6.3B型保护器存在的问题有①、保护可靠性差、时常有误动和拒动的现象；②、保护定值不能连续可调，上下级保护无法配合，造成越级跳闸情况的发生；③、不能区分电压波动和母线失压，往往由于雷电或其他回路故障引起的电压波动造成失压脱扣，引起大面积停电；④、由于漏电保护方案单一，定值调整粗糙，无法精细整定，造成高压漏电保护形同虚设。 2、发生越级跳闸的主要原因 按三段式保护理论，短路保护保护到线路全长的80%，带时延的过流保护作为

后备保护保护到下级变电所的开关以下。而煤矿电网都是短线路，首端短路和线路末端短路，开关感受到的短路电流基本上一样，造成上下级变电所短路保护无法进行配合，这样，就造成下级变电所的线路短路，上下级短路保护都启动，造成越级跳闸的发生。对于这种情况，城市配电网的做法是第一级开关的速断保护不投入，而采用过流保护通过延时时间进行上下级过流保护的配合。而在煤矿，35KV变电站或110KV变电站是由供电公司管理，而只有下级和下下级6/10KV变电所才由矿上管理，无法实现速断保护退出，而采用过流保护靠时间级差进行配合的办法。这也是造成越级跳闸的原因。 3、常见越级跳闸解决方案对比分析 （1）电流差动法

差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。差动保护把被保护的电气设备看成是一个接点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出线故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装臵的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时。电流差动保护需要专用通道。电流差动保护只适用于少数节点差动，无法解决开闭所多出线与多进线间的保护配合问题，多层级差动复杂性和成本也过高。

（2）时间级差配合法

电流速断延时法可以解决短路越级跳闸问题，无需额外投资，只需做好保护器延时级差整定即可；但不能适用于地面入井线路控制开关电流速断没有延时的井下供电系统。当井下供电系统级数过多时，总延时超过0.5s可能引起35KV及更上级开关越级跳闸。

（3）系统判别法

系统判别法的实现以电力监控系统为基础。发生短路故障时，流过短路电流的节点上报故障信息，由监控系统对运行方式和拓扑结构进行故障点判别，然后再下发命令使离故障点电源侧最近的开关跳闸。

系统判别法依赖于电力监控系统，实现成本较低。但通信实时性难以保证，实现0秒（或小于35ms）速断保护比较困难，难以满足相关继电保护标准和规程要求。

（4）地面集中通讯保护法

地面通讯保护法通过地面监控主机与各个开关智能保护器进行通讯，读取全矿所有开关电流信号，与各个开关的定值进行比较，判断短路点的位臵，由地面监控主机发出指令，控制短路点上级开关跳闸切断短路线路。地面集中保护法的缺点在于：

? 工程应用不灵活，系统每增加一个供电结点，这种集中式的保护需要 增加相应的硬件设备，决策大脑CPU也得重新设计保护逻辑，决策CPU的故障会让整个保护系统失去保护的功能，而且软件也必须重新作出调整，可扩展性差；

? 整个系统采用大量长距离的信号线和控制线；最后，也是最致命的是， 这种系统只有一个“大脑”，“脑死亡”必然会带来整个系统的崩溃。 3、分布式智能速断原理的防越级跳闸保护系统 （1）、原理分析

基于以上集中保护的种种缺陷，分布式智能速断原理的防越级跳闸保护系统能较好的解决这一问题，系统采用网络化基因拓扑算法，利用开关间自主交换故

障信息进行协商的形式，自主判断故障区段，实现全网零秒速断，以达到防越级跳闸的目的，系统具有级联纵差保护、母差保护、三段式过流保护、和零延时智能后备保护等防越级跳闸保护功能，系统通过分散安装的ZBT-11C级联纵差保护器搭建的专用保护信息网快速交换信息，能够快速判断故障区段，准确快速切断距离故障点最近的故障开关，以达到防越级跳闸的目的，并且对于母线故障也能够做到快速切除。 （2）、系统构成

如上图所示，整套防越级保护系统主要由ZBT-11C级联纵差综合保护器、KJJ156矿用本安型网络交换机以及矿用光缆网络构成。每个变电所的纵差综合保护器的差动通讯线连在一起，构成一个高速通讯总线接入KJJ156矿用本安型网络交换机，转发器间通过光缆连接构成高速通讯纵差环网。

此外变电所纵差保护的RS485通讯线也连到一起构成485总线接入通讯转发器或本安型电力分站，借用监控通讯网传到地面电力调度，对每台保护的运行状态进行实时监测。 （3）、防越级跳闸系统建设

采用分布式智能速断保护原理，将地面变电所和井下变电所部分保护器更换为具备防越级功能功能的ZBT-11C(KC)综合保护器，纵差保护作为主保护，零时限智能后备作为远后备保护，过流保护作为，以彻底避免越级跳闸的发生。

在地面变电所和井下变电所安装KJJ156矿用本安型网络交换机(关联KDW127/12B矿用隔爆兼本安型直流稳压电源)；，通过光缆纵差网络将ZBT-11C保护器的级联通讯电接口信号转换为光纤数字信号进行传输，搭建专用数字光纤

级联通道。

4、分布式智能速断防越级系统系统主要优点

a) 实现了联络线纵差保护、母线差动保护、零时延智能后备保护，实现了

全网零秒速断；

b) 保护就地安装，直接跳闸，可靠性高；

c) 满足井下高开移动大、电网拓扑结构变化大、互感器变差大的特点； d) 保护功能独立，便于开关的移动互换和变电所的扩展，适合矿井的实际

要求；

e) 进行防越级保护改造时，不破坏开关的隔爆性能，并且，ZBT-11C级联

纵差综合保护器已与30多家隔爆开关厂家联检认证，安全性高；

参考文献

[1]王洪军.关于煤矿井下电网越级跳闸的研究及解决措施[J].大科技，2013（14）：167-168.

[2]许丽.麻地沟煤矿供配电系统探讨[J].山西科技，2014，29（02）：149-150. [3]黄雄，郝后堂，刘晓铭.煤矿井下供电防越级跳闸新技术[J].煤炭工程，2014，46（1）：18-21.