基于光纤纵联电流差动保护的煤矿电网防越级跳闸装置研究

煤矿机电2012年第2期

基于光纤纵联电流差动保护的煤矿

电网防越级跳闸装置研究

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王晋宏，张作龙

（1．山西阳煤集团公司机电处，山西阳泉045000；2．山西阳泉万科电器有限公司，山西阳泉045000）

摘

针对目前煤矿电网普遍存在的越级跳闸问题，在分析了煤矿井下高压电网系统的基础

上，提出一种基于GPS校时系统的全光纤网络的纵联电流差动保护的防越级跳闸监控系统。该系

要：

统可以实现全电网的数据同步对时和采样、实现故障信息数据的信息共享；可以有效地区分区内外故障，可以快速、选择性的切除故障线路，避免了煤矿井下高压电网由于越级跳闸而导致的大面积停电事故的发生。

关键词：煤矿电网；GPS授时服务器；光纤纵联电流差动保护；防越级跳闸

+

中图分类号：TM773．4文献标识码：B文章编号：1001－0874（2012）02－0048－04

ResearchonCoalMinePowerSystemAnti-OverrideTripDevice

BasedonFiber-LongitudinalCurrentDifferentialProtection

WANGJin-hong1，ZHANGZuo-long2

（1.Mechanical＆ElectricalDepartment，ShanxiCoalYangquanCoalIndustry（Group）Co．，Ltd．，Yangquan045000，China；

2.YangquanWankeElectricCo．，Ltd．，Yangquan045000，China）

Abstract：Currently，theoverridetripproblemscommonlyexistincoalminepowersystem．Sotheunderground

coalminehighvoltagepowersystemsareanalyzed．Oneanti-overridetripmonitoringsystemoffiberlongitudinalcurrentdifferentialprotectionisproposedbasedonGPSadjustingsystem．Thesystemcanrealizesamplingandfullpowerdatasynchronization，realizesfaultinformationdata’sinformationshare．Theinsideandoutsidefaultcaneffectivelydifferentiatesandalsocanquicklycutfaultlineselectively．Itavoidslarge－scalepowerfailureaccidentsbecauseofoverridetripatundergroundcoalmine．Keywords：overridetrip

式保护失去作用

［1-3］

coalminevoltagepower；GPStimingserver；fiber-longitudinalcurrentdifferentialprotection；anti-

0引言

煤矿井下供电系统是保证煤矿安全生产的重要

。

目前大多数煤矿使用的高压综合保护装置不能

满足现实生产的需要，主要表现在地面变电所配电装置和井下高压配电装置在选型上不能很好地配合，并且经常出现井下高压综合保护失灵，误动作或拒动作的现象。由此，通常下级支路发生过流或者

常常出现上下级之间同时跳闸的现象，短路故障时，

甚至会出现上级开关首先跳闸的现象，这样就造成

煤矿电网的越级跳闸，导致煤矿井下电网大面积停电

［2，4］

组成部分，随着采煤工作面不断向纵向延伸，从地面变电所到井下中央变电所，以及各工作面采区变电所之间所采用的纵向、辐射式的供电网络变得越来越复杂。这样的供电网络模式造成井下线路较短，当发生故障时线路首、末两端的故障电流在幅值很难区分，甚至多数情况下各段电缆首端的最小两相短路电流值小于其末端的最大三相短路电流，原先所采用的常规保护的范围很小甚至为零，使得三段

。由于煤矿供电系统复杂且庞大，尤其是高

主通瓦斯矿井在恢复送电过程中因拖延时间较长，

风机、局部通风机等设备不能在最短时间内恢复正

为瓦斯超限埋下了隐患，直接威胁着矿井的常运转，

安全。因此，为提高供电系统的安全可靠性、连续

确保矿井和人身生命安全，有必要采用新技术解性，

决煤矿供电系统中存在的越级跳闸问题。

本文提出一种新型的基于光纤纵向电流差动保护原理的防越级跳闸系统，主要是：

1）通过领先的多通道同步高速交流采样技术，实现电网运行数据的高精度同步采集。

2）基于高速光纤网络，通过先进的点对多点数据传输协议，实时收集全矿供电网络的故障数据，实现全电网故障数据的信息共享。

3）通过采用基于光纤网络纵向差动保护原理，可靠快速地区分故障发生区域和支路，实现安全可靠、有选择性地切除快速切除故障支路，保障煤矿电网的安全可靠和连续性运行，进而解决煤矿供电系

确保矿井和人身统广泛存在的高压越级跳闸难题，

［4，6］

。的安全1

基于光纤纵联电流差动保护的防越级跳闸监控

系统

1.1

井下供电系统

目前我国的煤矿井下高压供电系统网络一般为两段母线分列运行，从地面变电站到采区均为3级供电。图1为煤矿井下典型的供电系统图。由于煤

一般是采用多段较短电缆组成矿特殊环境的限制，

的垂直式供电。在发生短路故障时，末端和始端的短路电流幅值相差很小，为避免误动作的现象发生，

多采用在各级设定时限级差来实现对故障线路的保护模式。由于煤矿井下设定故障保护的级与级之间

都要受上级供电部门和《煤矿安全规程》的时间差，

的制约，不能构成有效地纵向选择性故障保护系统，一旦发生短路故障时，经常会导致越级跳闸现象的发生，造成煤矿井下大面积停电，给矿井安全造成很大的威胁。

·50·

煤矿机电2012年第2期

图2系统结构示意图

矿得到充分验证。试验分别采用速断过流保护作为线路的主保护（传统、常规方案）和采用光纤差动保护作为线路的主保护的两种保护配置模式下进行。

6kV变电所内安装数据服务器控由图3所示，K3、K4、K5、在高压防爆配电装置K2、制保护装置，

K6中分别取样信号到控制保护装置内，通过数据服务器交换数据信息和数据共享，由控制保护装置进行集中判断，上下级之间延时150ms。上下级之间及时快速交换故障信息，模拟下级发生短路故障，如果下级技术快速阶段故障线路，上级会自动消除延时，如果当下级在动作时间内不能动作时，此时下级故障信息通过光纤网络传送到上级，告诉上级已出现故障，上级此时不动作，进行延时，上级延时一定时间切断下级故障，并通过液晶显示屏，显示出故障线路。上下级之间通过光纤网络实现信息共享，并实现智能闭锁，有效地防止了越级现象的出现。

44．1

系统特性

集中采样判断方式

系统是在不改变现有供电系统及结构的基础

上，采取集中采样数据，集中处理判断的方式，安装方便，并且维护简单、可靠性高。液晶显示部分采用10.4英寸高清晰度液晶，实时显示数据信息，修改和设置参数简单方便。

4．2基于光纤网络的同步采样数据

系统是利用安装在井上的高精度GPS同步和校时装置，实现安装在井下各变电所内防越级调整装置的数据的同步和数据信息共享，可以精确可靠地判断故障位置，及时可靠地切除故障支路，不影响其他线路的正常供电，真正做到了集选择性、可靠性、灵敏性与一体。另外，对于保护定值参数的修改传统的微机保护一般须下到井下操作，现只要在地