煤矿井下供电系统防越级跳闸技术

曹品伟

(河南神火煤电有限公司 泉店煤矿， 河南 许昌 461000)

0 引言

为保证井下供电安全可靠运行，拟对某矿供电系统建立良好的基于区域保护原理的防越级跳闸技术体系，即该体系既可增强间隔层的继电保护可靠性，又可提高综合自动化通信系统的稳定性。主要采用了参数识别原理，准确地辨别接地线路，并进行隔离，以防故障的扩大。本文按照矿井对供电可靠性和供电安全性的要求，结合实际生产状况，又参考了国内外先进电力监控系统，最大限度地保证矿井供电的安全可靠。

1 防越级跳闸保护原理

具体是采用分布式区域保护原理,使之各级保护建立信号联系。当发生任何一级保护检测到短路故障时，能快速发出闭锁信号，并将上一级保护闭锁，以达到将故障锁定在最小跳闸范围内为目的,同时当断路器失灵时，上一级保护可快速动作，其母线故障可快速实现跳闸。

分布式区域保护与其他防越级跳闸技术对比效果，如表1所示。

表1 防越级跳闸技术对比

分布式区域保护采用了突变量作为启动判据，其动作灵敏。由图1看出，如果出线1发生相间短路，此时刻t0=0，其出线和进线保护均感知故障电流，突变量启动判据成立，区域保护信号发出，耗时5 ms，t1=5 ms；区域保护联络信号传送到对侧耗时约10 ms，t2=15 ms；进线保护在速断出口之前收到出线1的故障联络信号，将跳闸出口关闭。由于出线1保护未收到任何联络信号，则在t3=35 ms时刻速断保护出口，于是切除故障线路。

t0-出线故障；t1-发出闭锁信号；t2-进线闭锁；t3-跳出线(固有延时)。图1 分布式区域保护正常动作示意图

目前6/10 kV真空断路器跳闸的时间为50～60 ms，在发出跳闸命令110 ms后，如故障电流仍未消失，则断路器拒动，保护器便主动将联络信号撤除上送。收到联络信号的保护，则启动一个285 ms的联络信号自动解除计时,作为后备保护,如图2所示。

t0-出线故障；t1-发出闭锁信号；t2-进线闭锁；t3-跳出线(固有延时);t4-出线失灵,跳进线。图2 断路器失灵分布式区域保护示意图

2 漏电保护方案原理

我国配电网大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地(即小接地电流)的运行方式。当发生常见的单相接地故障时，不影响对负荷连续供电，其规程规定仍可运行至2 h。但非故障相电压升高而引起的系统过电压对电力设备损害很大，甚至可能最终引起两点接地故障，会扩大事故范围，影响系统的安全运行，故单相故障后，快速选择出故障线路就显得十分重要。

本文提出了一种基于参数识别原理的小接地电流系统单相故障选线新方法,即在故障零序网络中，对每条线路建立其外部发生故障时的数学模型。如图3所示，对任意一条健全线路，可以进一步将其模型简化为如图4所示,即利用故障前后模型参数变化实现故障识别选线功能。传统的方法是基于故障线的电气量，其电气量是受中性点接地方式、网架结构、故障发生时刻、电弧间歇程度等因素影响，而健全线的网架结构不受上述因素的影响。

图3 数学模型

图4 简化数学模型

3 健全线网架结构的原理特点

1) 对每条线路进行建模，利用故障时本线路的零序电压、电流等信号，求解本线路的模型参数，识别模型符合性识别故障，具有自举性。目前其他方法均需对所有线路进行比较，方能选出故障线路。

2) 在模型参数识别时能利用全频带信息，为准确选线提供了可靠基础，灵敏度高、耐过渡电阻能力强；而目前其他方法或只用稳态信号、或某几次谐波、或某一频带信号等，算法判据利用信息量有限，灵敏度、实用性受到限制。

3) 对于间歇性电弧接地故障，该原理有着天然的适应性与优越性，这是因为无论电弧间歇程度如何，该方法将健全线等效成的电容模型都未发生变化，即健全线的结构并未变化，方法仍然成立，而对于电气量比较的方法，由于电弧间歇会导致的电气量变化，进而影响其判别的稳定性和正确性。

4) 变压器中性点接地方式与配电网规模对本方法没有影响。传统的基于电气量的方法，受中性点接地方式与电网规模影响，电气量变化范围巨大，影响判据的整定，适用性差。该方法识别的是健全线的网架结构，不受上述因素的影响，适用性强。

4 结论

井下各站出线和进线间防越级跳闸以及井上电源和井下负荷之间的防越级跳闸逻辑的应用，解决了出线故障进线一起跳闸的越级跳闸现象，使各级间保护动作的选择性得以建立，保证了供电的安全性和可靠性。