礦區(qū)供電系統(tǒng)線路保護綜述
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摘要：礦區(qū)供電系統(tǒng)上下級線路短路電流區(qū)分不明顯，常造成保護裝置出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象，以致造成較大范圍的停電，對正常的生產(chǎn)運營造成較大影響。分析比較了近年國內(nèi)針對越級跳閘現(xiàn)象所提出的幾種主要保護方案，探討了現(xiàn)階段最具有實用價值的方案，并指出今后的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：礦區(qū)供電系統(tǒng)；越級跳閘；實用價值；發(fā)展趨勢
引言
我國礦區(qū)供電系統(tǒng)自動化程度較低，安全可靠供電是礦區(qū)安全生產(chǎn)運營的基礎(chǔ)，常見的礦區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)多為3～4級單端輻射型網(wǎng)絡(luò)，各級間常采用長度較短或截面積較大的電纜線路連接供電，這種電纜線路本身的小阻抗特性，使得短路發(fā)生時上級干路與下級支流的電流值差別不大，上下級保護裝置均啟動，保護越級跳閘發(fā)生。此外，系統(tǒng)運行方式的變化、CT飽和及設(shè)備投切等情況也易致使越級跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)，該現(xiàn)象導(dǎo)致的大范圍停電嚴(yán)重影響礦區(qū)的正常生產(chǎn)運營，造成較大損失。本文對現(xiàn)有防越級跳閘保護方案優(yōu)缺點加以分析，指出當(dāng)前具有實用意義的保護方案及未來礦區(qū)保護裝置發(fā)展的方向。
1防越級跳閘保護的研究現(xiàn)狀
1.1電流速斷閉鎖保護方案
在礦區(qū)原有速斷保護上加裝智能閉鎖裝置，構(gòu)成各級速斷保護之間的聯(lián)系，實現(xiàn)保護動作的選擇性，從而達到防止越級跳閘的效果[1]。該方案上下級間的閉鎖連接較為復(fù)雜，仍需要各級信號間進行通訊，在礦區(qū)這種干擾較強的保證裝置可靠工作是有一定難度的。另外，該裝置簡單，在具有低成本的優(yōu)點的同時，也存在著不能夠故障自檢的缺陷。
1.2光纖縱差保護方案
將線路兩端的電氣量通過光纖傳輸通道進行傳輸比較，并根據(jù)相應(yīng)的保護判據(jù)判斷是否動作于跳閘[2]。該方案能較好地實現(xiàn)保護的選擇性與速動性，所存在的問題是從線路兩側(cè)所得到的電氣量需要進行同步處理，同步的難度較大，導(dǎo)致了供電成本的上升。另外，兩側(cè)通訊所用的專用通訊光纖成本較高，且在惡劣的煤礦環(huán)境下容易受損，繼而影響保護裝置的正常工作。
1.3基于CAN通訊的保護方案
在各級供電線路中裝設(shè)保護控制器，各級保護控制器之間通過CAN網(wǎng)來發(fā)送和接收各級信號，并設(shè)置保護器動作的優(yōu)先級，從而達到防越級跳閘的目的[3]。該方案有較好的防越級跳閘的效果，具有一定實用價值，但是需要增加大量的保護控制器及相應(yīng)的CAN通訊網(wǎng)，對于礦區(qū)電網(wǎng)來說改造難度較大且成本較高。此外，在CAN網(wǎng)的通訊可靠性及通訊速率的影響下，故障后動作于跳閘的時間較長，保護的速動性受到一定影響。
1.4基于GOOSE技術(shù)的保護方案
采用GOOSE技術(shù)和以太網(wǎng)來連接各級綜保開關(guān)，實現(xiàn)防越級跳閘功能[4]。該方案除能夠?qū)崿F(xiàn)保護選擇性外，還能實現(xiàn)自動報警，維護起來較為容易，但是大多煤礦采用的仍舊是最老式的階段式電流保護方案，并沒有完善的以太網(wǎng)及監(jiān)控設(shè)施，從而使得該方案的實現(xiàn)復(fù)雜，難度較大，實施成本較高，可實用性不強。
1.5基于數(shù)字化技術(shù)的保護方案
數(shù)字化技術(shù)方案是將在各測量點處采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸?shù)郊惺娇刂破髦?，實現(xiàn)對故障線路的識別及動作于相應(yīng)的線路斷路器開關(guān)[5]。該方案理論上可正確動作開關(guān)以解決越級跳閘問題，但其面臨的問題有所采集的數(shù)據(jù)實現(xiàn)同步、通訊可靠工作及電氣信息集中到保護控制器統(tǒng)一作出跳閘判斷的風(fēng)險集中的問題。該方案的實現(xiàn)要求的條件較高，暫時不具有良好的實用價值。
2礦區(qū)保護的實用方案及發(fā)展趨勢
受歷史發(fā)展及成本等因素影響，礦區(qū)電網(wǎng)保護普遍配置不高，保護改造在保證可靠性的情況下，其經(jīng)濟性需要著重考慮。在原有保護配置上進行升級的電流速斷閉鎖保護方案相比較其他方案來說有著升級改造難度小、成本低及易實現(xiàn)的優(yōu)勢。數(shù)字化、智能化是保護發(fā)展的大方向所在，隨著成本的降低和通訊可靠性的提高，數(shù)字化保護在礦區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用會逐漸增加，其切除故障迅速及易維護等特點會逐步凸顯出來。
3結(jié)束語
隨著數(shù)字化、信息化的不斷發(fā)展，數(shù)字化設(shè)備可靠性及成本不斷降低，效費比越來越高，今后在礦區(qū)電網(wǎng)保護中的應(yīng)用將越來越廣泛，將會極大提高礦區(qū)生產(chǎn)的安全性和可靠性。
參考文獻：
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[2]王錟，秦文萍，楊世坤，等．光纖級聯(lián)縱差保護在井下防越級跳閘的應(yīng)用[J].煤炭工程，2016（7）：75-78.
[3]史麗萍，溫樹峰，黃延慶．基于CAN網(wǎng)通訊的選擇性短路保護研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39（8）：139-142.
[4]姚福強，柏猛，杜兆文．GOOSE信號閉鎖在煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2016，28（7）：37-41.
[5]馬星河，馬星煊，王永勝．基于數(shù)字化變電站技術(shù)的煤礦井下防越級跳閘方案研究[J].煤礦機電，2013（5）：1
作者:劉鋼雷 周海生 單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）機電工程與自動化學(xué)院