煤矿高压供电系统网络化继电保护技术改造

摘要:煤矿继电保护,可对煤矿高压供电系统进行跟踪监测和测试,随时掌握供电系统质量,当发生电力故障时,可立即判断故障的性质和情况,为查找故障提供准确的科学依据。

关键词:继电保护 纵向差动应用 1 技术方案 1.1 概况

某煤矿6kV高压供电系统由井上、井下两大部分组成,其中井上部分包括地面6kV配电室、压风机房高压配电室、机修车间高压配电室、风选车间高压配电室、筛分车间高压配电室、储煤场高压配电室、地面防洪泵房高压配电室、主井绞车高压配电室、副井绞车高压配电室等;井下部分包括中央配电室、采区配电室、清水泵房配电室、

1.2 网络拓扑结构

网络化继电保护系统由采区配电室子站、中央配电室子站、地面6kV配电室子站及数据通信服务器、GPS授时装置等主要设备组成。采区配电室子站、中央配电室子站、地面6kV配电室子站通过光缆构成三级计算机网络结构。

根据设备使用环境,三级子站设备分别采用地面普通型柜式设

备、矿用隔爆型高压配电设备、矿用隔爆型设备。井下采区配电室子站使用某厂家分站隔爆外壳,中央配电室采用矿用隔爆型低压开关柜作为子站的柜体,地面配电室子站则采用普通计算控制柜即可。

地面集控室增加1台主交换机,1台服务器。服务器与交换机采用五类线连接,交换机与子站之间采用光端机连接。主交换机具备多个RJ45接口以及光缆接口,地面6kV配电室子站通过交换机以及光缆直接连到集控室主交换机;井下中央配电室放置同样的一台交换机,中央配电室子站通过RJ45接口直接连接到交换机,采区配电室子站通过光端机以及光缆直接连到中央配电室交换机。集控室主交换机和中央配电室交换机采用光缆连接,独立成网,网络不与矿井监控系统交叉。

一共需要四条光缆,分为两组,每组两条,一用一备,若一组出现问题则在50ms内切换到另一组光缆。运行的一组光缆一条是GPS授时专用,另一条用于传输数据。

1.3 数据采集与处理

地面6kV配电室子站保护4条6kV下井电缆,需要采集的模拟量有:2个零序电压、4个零序电流、6个线电压、4×3=12个线电流,合计24个模拟量;采区配电室每台高爆需要采集1个零序电流、3个线电流,另外需要采集两段母线的2个零序电压和2个线电压,合计(1+3)×17+2+2=72个模拟量;井下中央配电室需要采集(1+3)×15+2+2=64个模拟量。

通过网络化继电保护装置(即分站)采集上述的数据,通过光纤网络发送到网络上,数据可以到达任何1台分站或者服务器。由于GPS授时装置不停地对网络化继电保护装置(即分站)进行高精度对时,所以分站采集到的数据都是高度同步,且含有“时间标签”。

1.4 远程短路纵向差动保护技术

本系统采用的保护原理是远程纵差保护。它是通过比较主线路和分支线路电流幅值的大小来判断故障点是否在保护区内,从而保证动作的纵向选择性,实现防越级跳闸的功能。

在本智能保护系统中,我们采用纵差保护来实现短路保护的选择性。当1点发生短路故障时,1点的短路电流会同时流过本支路开关和上一级进线开关,即2点。为了防止发生越级跳闸现象,进线开关可以采取延时的办法,等待分支开关跳闸,1点故障排除后,进线开关短路保护装置返回;若按此整定,当母线发生故障时,2点断路器应该无延时跳闸,但依然会延时,不能及时切除故障。如果将2点的短路保护整定为瞬动,则由于1点的短路电流与3点短路电流几乎相等,而造成1点发生短路故障时,分支开关和进线开关同时跳闸的现象,造成越级跳闸而导致大面积停电。同样的道理,假设3点是井下中央配电室母线上的短路点,地面下井电缆的出线开关也同样会发生越级跳闸现象。解决这一难题的基本办法是采用电流向量差作为判据,即,构成差动保护原理的继电保护装置。当1点故障时。

由于下井电缆线路不存在一条线路的双向供电问题,即正常电流和短路电流都是自上而下流动,可不考虑短路电流相角的影响,以下只从幅值的角度对纵差保护动作特性进行分析。

1.5 单相接地故障选线技术

对于变压器经消弧线圈接地的供电系统,单相接地故障的自动选线一直是个技术难题。大量的理论分析与实际运行经验表明,仅仅依靠本地开关的有限数据是无法保证故障选线的正确率的,由于篇幅有限,本处不做过多的分析。研究表明,利用故障支路与非故障支路对地电气参数不同的特点,所构成的一种新型的选线方法——模式识别法,可以有效解决中性点经消弧线圈接地系统故障选线的难题。当然,实现这一方法的前提是所有数据必须是同步采集的、而且是高速采集的数据。

对于高压中性点经消弧线圈接地系,忽略导线本身的阻抗,主要考虑对地分布电容和绝缘电阻,并采用集中参数的方法进行等效。采用中性点经消弧线圈接地方式的电网在实际运行时有三种运行方式:欠补偿、完全补偿和过补偿。

由于全补偿方式下,消弧线圈的感抗等于系统对地分布电容的容抗,系统将发生串联谐振,产生危险的高电压和过电流,影响系统的安全运行,因此严格禁止采用;在欠补偿方式下,接地点存在未被补偿掉的电容电流,当系统的运行方式发生变化而切除部分线路时,有可能发展成为全补偿方式;在过补偿方式下,即使系统运行方式改变,也不会发展成为全补偿方式,从而避免了系统发生谐振的可能。因此实际工程中大都采用过补偿方式。通过本次技术改造,煤矿井下高压供电系统可以基本实现单相接地故障的自动选线,正确率可望达到98%以上。