曹敏行

(同煤集團(tuán) 王村煤業(yè)公司，山西 大同 037000)

1 研究背景

王村煤業(yè)公司礦井井下供電系統(tǒng)電源引自喬村35 kV變電站，地面8回路(西風(fēng)井通風(fēng)機(jī)2回路；主井配電室2回路；副井提升機(jī)2回路；副井空壓機(jī)房2回路)，井下4回路(罐底變電所2回路；東盤區(qū)一變電所2回路)，均為雙回路供電。東盤區(qū)二變電所2回路供電線路來(lái)自東盤區(qū)第一變電所。

就礦井供電現(xiàn)狀而言，從井上至井下不同采區(qū)變電所之間大多存在供電線路較短，采用多級(jí)變電所進(jìn)行串聯(lián)供電的現(xiàn)象，該供配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)際供電距離相對(duì)較短，易出現(xiàn)較大的短路電流。因各級(jí)供電網(wǎng)絡(luò)首端短路電流與末端短路電流不會(huì)有太大差距，如果仍采用傳統(tǒng)繼電保護(hù)模式進(jìn)行保護(hù)作業(yè)，則整定工作就會(huì)相對(duì)較困難，加之存在過(guò)多的供電級(jí)數(shù)，準(zhǔn)確整定時(shí)間級(jí)差也很困難，因此，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí)便易發(fā)生供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，而該故障的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響到礦井通風(fēng)設(shè)備、排水設(shè)備、采掘設(shè)備以及運(yùn)輸設(shè)備的正常運(yùn)行，進(jìn)而會(huì)對(duì)礦井的日常安全生產(chǎn)作業(yè)造成嚴(yán)重威脅[1]。

當(dāng)前，為有效預(yù)防礦井高壓電網(wǎng)發(fā)生越級(jí)跳閘故障，人們研究出了一系列預(yù)防越級(jí)跳閘故障的措施，這些措施在理論上都是可行的，但由于礦井生產(chǎn)環(huán)境惡劣，存在的干擾因素眾多，在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，還應(yīng)根據(jù)礦井高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘原因?qū)︻A(yù)防跳閘的措施進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇，以便更好地保障礦井供電系統(tǒng)的連續(xù)可靠安全運(yùn)行。

2 礦井高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘原因探析

2.1 保護(hù)裝置動(dòng)作不可靠

一般礦井所用高爆開關(guān)種類較多，數(shù)量較大，這些高爆開關(guān)通常不是同一廠家制造的，即使為同一廠家制造，但隨開關(guān)生產(chǎn)批次的不同其實(shí)際性能也會(huì)存在很大不同。當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，便時(shí)常會(huì)出現(xiàn)上一級(jí)線路開關(guān)比下一級(jí)線路開關(guān)先跳閘的情況，即出現(xiàn)越級(jí)跳閘故障。另外，很多高爆開關(guān)制造商在生產(chǎn)高爆開關(guān)時(shí)對(duì)開關(guān)的隔爆性較重視，加之礦井生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)較差，當(dāng)?shù)V井出現(xiàn)短路故障后，通常地面開關(guān)會(huì)比井下開關(guān)較先動(dòng)作，從而發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象[2]。

2.2 整定方法不科學(xué)、不合理

在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，人們一般會(huì)應(yīng)用電流三段式保護(hù)來(lái)進(jìn)行煤礦電網(wǎng)線路的保護(hù)作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通常會(huì)依據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)，并參照負(fù)荷最大時(shí)最大工作電流的3倍～5倍的量來(lái)整定地面變電站下井饋出線保護(hù)定值。當(dāng)確定好此保護(hù)定值后，礦井其他線路參照該定值并逐級(jí)適當(dāng)降低以確定下級(jí)保護(hù)定值。當(dāng)采用該種方式來(lái)確定保護(hù)定值時(shí)，最終確定出來(lái)的保護(hù)整定值一般會(huì)相對(duì)較小，當(dāng)?shù)V井線路發(fā)生短路故障后，其沿線開關(guān)都會(huì)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作，易發(fā)生越級(jí)跳閘故障。

2.3 電纜線路較短，速斷電流較大

當(dāng)?shù)V井供電電纜相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)，在供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障的情況下，所用電纜的首端短路電流與末端短路電流便會(huì)存在較大差別，該短路電流屬于一種“陡形”狀，易實(shí)施保護(hù)作業(yè)。而當(dāng)?shù)V井供電電纜較短時(shí)，因首端短路電流與末端短路電流差別不大，這時(shí)的短路電流屬于一種“平緩”狀，上級(jí)短路電流與下級(jí)短路電流不易區(qū)分，實(shí)際保護(hù)范圍較小，很難開展有效的保護(hù)作業(yè)，便易出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。圖1為線路長(zhǎng)度與短路電流具體情況關(guān)系圖[3]。

圖1 線路長(zhǎng)度(L)與短路電流(I)關(guān)系圖

當(dāng)速斷電流過(guò)大，處于保護(hù)裝置可達(dá)最大速斷電流之外時(shí)，在CT配置不當(dāng)，出現(xiàn)飽和現(xiàn)象時(shí)，保護(hù)拒動(dòng)，便易出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，最終會(huì)影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.4 欠壓動(dòng)作

礦井中使用的高爆開關(guān)很多都裝有欠壓脫扣器，當(dāng)?shù)V井實(shí)際電壓大于85%的額定電壓時(shí)該裝置可迅速吸合；當(dāng)?shù)V井實(shí)際電壓在65%～85%的額定電壓之間時(shí)，欠壓脫扣器可勉強(qiáng)吸合；而當(dāng)?shù)V井實(shí)際電壓小于35%的額定電壓時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)可靠釋放現(xiàn)象，此時(shí)動(dòng)作延時(shí)便無(wú)法整定出現(xiàn)瞬動(dòng)現(xiàn)象。而當(dāng)出現(xiàn)短路故障致使電壓逐步降至35%～65%的額定電壓之間時(shí)，受沿線開關(guān)存在的欠壓影響，此時(shí)脫扣器可能發(fā)生動(dòng)作也可能不發(fā)生動(dòng)作，便易出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象；當(dāng)短路故障出現(xiàn)于離母線較近處時(shí)，此時(shí)母線電壓易出現(xiàn)較嚴(yán)重的瞬間失壓現(xiàn)象，母線上裝有的其他開關(guān)所配備的欠壓脫扣器便易出現(xiàn)誤動(dòng)作，引發(fā)越級(jí)跳閘故障；此外在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，也有很多礦井易出現(xiàn)因高壓變頻器的欠壓保護(hù)而引發(fā)的供電線路越級(jí)跳閘的現(xiàn)象[4]。

3 預(yù)防礦井高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘故障的措施

3.1 對(duì)保護(hù)裝置的性能進(jìn)行定期測(cè)試

礦井所用的高爆開關(guān)實(shí)際切除故障時(shí)間應(yīng)與綜保裝置動(dòng)作時(shí)間以及斷路器跳閘時(shí)間之和相等。在日常生產(chǎn)作業(yè)中，人們可用繼電保護(hù)特性測(cè)試儀來(lái)準(zhǔn)確測(cè)定綜保裝置動(dòng)作時(shí)間，在進(jìn)行測(cè)試作業(yè)時(shí)，可先卸下綜保裝置并將其帶至地面后再實(shí)施測(cè)試作業(yè)；而對(duì)于斷路器跳閘時(shí)間的測(cè)試，人們可借助簡(jiǎn)易的機(jī)械特性測(cè)試儀在井下直接測(cè)試。礦井所用高爆開關(guān)順利切除故障的時(shí)長(zhǎng)通常為200 ms左右，同時(shí)應(yīng)留設(shè)100 ms左右的富裕量，一般人們會(huì)取0.3 s的時(shí)長(zhǎng)作為Ⅱ段保護(hù)與過(guò)流保護(hù)之間的延時(shí)間隔。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，為確保所裝設(shè)的保護(hù)裝置性能可靠，一方面應(yīng)對(duì)保護(hù)裝置的具體性能進(jìn)行定期測(cè)試，另一方面應(yīng)盡量選用同一廠家生產(chǎn)的高爆開關(guān)，這樣才能更好地預(yù)防礦井高壓電網(wǎng)發(fā)生越級(jí)跳閘故障。

3.2 合理整定保護(hù)定值

采用常用的電流三段式進(jìn)行保護(hù)整定作業(yè)時(shí)，應(yīng)先參照進(jìn)線短路容量并充分結(jié)合線路參數(shù)、設(shè)備參數(shù)等來(lái)開展短路計(jì)算，其次再按照各線路的短路電流來(lái)進(jìn)一步整定保護(hù)定值。

筆者基于繼電保護(hù)操作規(guī)范，并充分結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)建議依據(jù)下列原則來(lái)進(jìn)行電流三段式保護(hù)整定作業(yè)：在整定電流速斷保護(hù)時(shí)，可依據(jù)線路末端的最大三相短路電流進(jìn)行整定；若變壓器為線路末端，可依據(jù)變壓器的其他側(cè)母線中的最大短路電流進(jìn)行整定；若遇到靈敏度不達(dá)標(biāo)的情況，可依據(jù)確保本線路可達(dá)最小靈敏度1.5倍的值實(shí)施整定。此外在整定雙側(cè)電源線路時(shí)，應(yīng)先在保護(hù)整定值相對(duì)較小的元件上裝設(shè)功率方向元件后再實(shí)施整定作業(yè)。

在整定延時(shí)電流速斷保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用與相鄰線路電流的Ⅰ段保護(hù)充分配合的方式來(lái)進(jìn)行整定，可將時(shí)限選擇為0.3 s左右；若在整定作業(yè)中發(fā)現(xiàn)其靈敏度不達(dá)標(biāo)時(shí)，可與相鄰電流Ⅱ段時(shí)限充分配合來(lái)實(shí)施整定作業(yè)，可把級(jí)差選定為0.3 s左右[5]。

3.3 優(yōu)化線路保護(hù)原理

當(dāng)線路首端短路電流與末端短路電流沒(méi)有太大差別時(shí)，此時(shí)電流保護(hù)便會(huì)較難整定，這時(shí)人們可通過(guò)配設(shè)其他保護(hù)原理的保護(hù)裝置對(duì)其進(jìn)行整定。以縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)為基礎(chǔ)的保護(hù)和以光纖數(shù)字通信為基礎(chǔ)的保護(hù)都十分有益于供電系統(tǒng)保護(hù)的數(shù)字化發(fā)展，有助于全網(wǎng)數(shù)據(jù)充分互聯(lián)、共享。在礦井供電系統(tǒng)中裝設(shè)光纖縱差保護(hù)或進(jìn)行上級(jí)保護(hù)與下級(jí)保護(hù)的合理閉鎖，可更好地預(yù)防礦井供電系統(tǒng)發(fā)生越級(jí)跳閘故障，同時(shí)也有利于礦井防越級(jí)跳閘技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展，未來(lái)值得推廣應(yīng)用。

3.4 對(duì)CT的變比進(jìn)行科學(xué)合理的選擇

當(dāng)選擇礦井用于保護(hù)作業(yè)的CT時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)CT變比(指電流互感器一次側(cè)與二次側(cè)電流大小的比例)與準(zhǔn)確限值系數(shù)進(jìn)行選擇。所選擇的CT在線路發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)符合動(dòng)熱穩(wěn)定要求以及產(chǎn)生的誤差不應(yīng)超過(guò)10%的相關(guān)要求。

3.5 布設(shè)欠壓延時(shí)避開電壓暫降

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障后，一般線路都會(huì)發(fā)生一電壓暫降現(xiàn)象，而此時(shí)欠壓脫扣器通常會(huì)瞬間動(dòng)作，不能順利避過(guò)此電壓暫降。

基于上述現(xiàn)象，人們可在欠壓線圈回路處并聯(lián)一阻容部件，以使得欠壓線圈盡量出現(xiàn)延時(shí)脫扣現(xiàn)象，從而更好地避過(guò)系統(tǒng)電壓暫降；若礦井供電系統(tǒng)裝有欠壓保護(hù)器，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)斷電現(xiàn)象時(shí)所裝設(shè)的欠壓保護(hù)器能及時(shí)、準(zhǔn)確地將斷路器切斷，這樣便可避開欠壓脫扣器，借助欠壓保護(hù)器的延時(shí)功能成功避過(guò)系統(tǒng)電壓暫降。此外，針對(duì)一些較重要的負(fù)荷變頻器欠壓動(dòng)作，也可以借助合理的串聯(lián)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器來(lái)對(duì)跌落電壓進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，從而把電壓暫降現(xiàn)象成功消除[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，確保礦井供電系統(tǒng)電能的連續(xù)可靠供應(yīng)是保障礦井正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)。對(duì)此，在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，人們應(yīng)從本礦井供電現(xiàn)狀出發(fā)，找出礦井高壓電網(wǎng)發(fā)生越級(jí)跳閘的原因，并采取一系列行之有效的防越級(jí)跳閘措施，只有這樣才能更好地預(yù)防礦井供電系統(tǒng)發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，保障礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。