电力监控及防越级跳闸系统在煤矿供电系统中的应用

2020-01-16马晓辉

电子技术与软件工程 2019年22期

文/马晓辉

供电系统在煤矿生产过程中发挥着非常重要的作用，确保供电系统安全运行，是实现煤矿安全生产的重要前提与保障。但由于受到诸多原因的影响，而导致供电系统出现越级跳闸的问题。煤矿供电系统中，所谓的越级跳闸指的是，供电系统出现故障问题后，负责该级供电线路的开关没有及时跳闸停电，而是其上一级开关出现跳闸动作。越级跳闸会造成大面积停电，影响煤矿正常生产，因此，应积极采取预防性策略，尽量避免越级跳闸问题的出现。

1 越级跳闸问题的发生机理

1.1 供电线路相对较短

在煤矿中，尤其是矿井中，所使用的供电线路多是在1～3 千米的范围内，这样较短的供电线路，可以有效降低线路上电流值的偏差。因此，供电线路故障发生之后，不可根据电流值大小，来对故障的具体位置进行判断，只能通过逐级延时跳闸来对开关进行整定。但是，若是供电线路的等级过多，则容易导致上级设定时间到达上限的时长与下级设定时间几乎一致，从而使得供电系统故障问题出现后，容易出现越级跳闸的问题。

1.2 开关控制电源缺少专用电源

在煤矿矿井中，多针对防爆开关设置了相应的保护装置，但其电源多是由供电线路所提供，一旦供电系统出现故障问题，便会影响供电线路的稳定性。例如，供电系统短路后，供电线路的电流便会迅速上升、电压迅速降低，而由于防爆开关保护装置的电源来自于供电线路，导致保护装置电源出现故障，容易误动作，进而导致越级跳闸问题的出现。

1.3 失压保护

目前，对防爆开关，多是利用失压脱扣器实施失压保护。而对于失压脱扣器来说，其动作状态在很大程度上受到电压的影响。供电系统短路之后，供电电压会有所下降，容易导致失压脱扣器出现误动作的问题，造成各级开关无序跳闸。

1.4 运行方式存在明显差异

若是煤矿供电系统的运行方式存在明显差异，则会增加供电系统的电流差值。处于最大运行方式的状态下，电流值也比较大，处于最小运行方式的时候，供电系统的电流值便会较小，容易出现越级跳闸。

2 电力监控及防越级跳闸系统在煤矿供电系统中的应用

2.1 基于GOOSE信号闭锁的短路保护防越级跳闸系统

煤矿供电系统中，常见的防越级跳闸措施有三种。一是采用网络智能继电保护措施；二是针对防爆开关设置独立电源；三是建立基于GOOSE 信号闭锁的短路保护系统。对第一种措施进行分析，采取网络智能继电保护措施，能够实现对供电系统的全线、全面防越级保护，且其容易设置、灵敏性较好、可靠性较高，但实际应用时需要投入大量的资金。对第二种措施进行分析，虽然为防爆开关设置专用电源，可以有效解决由供电线路故障带来的保护装置供电电源波动进而导致的越级跳闸问题，但是增设独立电源需要独立布线，不仅操作繁琐，还需要投入大量资金，不适宜推广应用。基于此，本文拟建立基于GOOSE 信号闭锁的短路保护防越级跳闸系统。

基于GOOSE 信号闭锁的短路保护系统，可选择性地对供电线路实施保护，其是借助现阶段矿井中的以太网，通过GOOSE 技术将开关动作信号传输给开关设备，从而实现选择性跳闸。基于GOOSE 信号闭锁的短路保护技术比较容易实现，具有经济合理性，且可靠性较强。

目前来说，诸多矿井均对光纤主干网进行了铺设，在煤矿供电系统中，诸多保护均采取各种形式与监控系统有机连接起来。基于GOOSE 信号闭锁的短路保护防越级跳闸系统，可在当前保护基础上加设太网接口，来整定GOOSE 的有效闭锁时间，从而使GOOSE 的各种动作信号均能在通讯接口上完成，对整个供电系统实施统一监控、管理。一旦供电系统出现故障问题，可以实施选择性保护，避免越级跳闸问题的出现。

当煤矿供电系统发生故障问题的时候，其等效电路图为如图1所示。故障出现在K4 位置的时候，在各点均可以检测到故障电流，若是电流在动作范围之内，保护控制器通过相应分析处理自动发送GOOSE 闭锁报告，有效完成GOOSE 信号的初始化后，保护控制器1、2、3 将会在闭锁间定值，且不动作，保护控制器4 开始动作，将故障线路切除，切除后，如果动作条件范围内仍存在故障电流值，则会按照上述顺序，由保护控制器3 来切除故障线路。这样，可以迅速切除故障线路，尽量减小停电面积，保障供电系统的稳定运行。

图1：等效电路图

图2：基于“三位一体”的电力监控及防越级跳闸系统基本结构

2.2 基于“三位一体”的电力监控及防越级跳闸系统

基于“三位一体”的电力监控及防越级跳闸系统，主要由四个部分组成。一是防越级保护装置，其主要功能为防越级跳闸、供电保护、远程监控；二是监控服务器，其主要功能为矿井远程监控、报表管理、故障记录、能耗分析、故障分析等；三是防越级监控分站，其主要功能为防越级跳闸监控、供电远程监控；四是辅助信号源，其主要功能为供电单相接地故障选线信号注入。“三位”指的是从短路防护、漏电防护、电压波动防护三个维度，来预防越级跳闸问题的出现，从而无死角地进行防越级跳闸，可靠性较高。“一体”指的是常规保护、防越级跳闸保护为一体、电力监控与防越级跳闸监控为一体、光纤环网与防越级跳闸网络为一体。基于“三位一体”的电力监控及防越级跳闸系统，可实现矿井供电无人值守、全方位防越级跳闸，且实现了自动化电力监控及防越级跳闸系统可靠性的提高。如图2所示。

3 煤矿供电系统中应用电力监控及防越级跳闸系统可解决的问题

3.1 提升煤矿供电系统的可靠性

在煤矿供电系统中对电力监控及防越级跳闸系统进行应用，可在监控主机上实时显示供电系统的运行值，并可以对运行参数值记录下来，通过开展分析，整定保护，便可以将整定值偏差消除，确保供电系统保护的可靠性。

3.2 便于供电系统的检查与维护

在煤矿供电系统中对电力监控及防越级跳闸系统进行应用，将供电系统的历史数据、实时数据记录下来，便可以绘制历史曲线，并对故障事件进行系统化地分析，值班人员可以通过对比分析供电系统正常运行状态下的历史数据、历史曲线与现阶段的实时数据、实时曲线，并根据实时数据、实时曲线的变化情况，来查找供电系统的故障问题及其原因，以便于对供电系统进行检查与维护，及时消除故障隐患，维护供电系统的安全、稳定运行。