井下高壓電網(wǎng)防越級跳閘保護(hù)原理目前，我國井下6kV高壓供電網(wǎng)絡(luò)大部分采用一條進(jìn)線開關(guān)帶多條出線開關(guān)的供電模式，上下級開關(guān)之間通過短電纜連接。這種供電模式組成的供電系統(tǒng)供電距離短、短路電流大，且每級供電網(wǎng)絡(luò)首段發(fā)生短路故障時的短路電流和末端發(fā)生短路故障時的短路電流相差不大，這就為基于傳統(tǒng)兩段過流式繼電保護(hù)的電流整定帶來了很大的困難。另外，煤礦井下供電條件惡劣，環(huán)境潮濕，電磁干擾很多，這些都直接或間接的增加了防越級跳閘保護(hù)的難度。通過單一的保護(hù)方案或者把地面防越級跳閘方式直接移植到井下供電系統(tǒng)并不能從根本上解決井下越級跳閘現(xiàn)象。井下高壓電網(wǎng)防越級跳閘保護(hù)原理目前，我國井下6k1井下高壓電網(wǎng)發(fā)生越級跳閘的原因煤礦井下高壓供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生越級跳閘的原因主要有以下幾點：(1)高爆開關(guān)機構(gòu)配置不合理。隨著煤礦開采年限以及用電負(fù)荷的不斷增加，井下高壓供電網(wǎng)絡(luò)所用高爆開關(guān)的數(shù)量在不斷增加，高爆開關(guān)的型號也在不斷更新，這就增加了井下高爆開關(guān)在選型上和地面變電所供電設(shè)備之間配合的難度。由于煤礦井下環(huán)境潮濕容易造成高爆開關(guān)的動作機構(gòu)卡澀、不靈活，從而增加了開關(guān)的固有動作時間。而對于短路故障又多采用電流速斷保護(hù)，這使得井下發(fā)生短路故障時，井上變電所的動作時間小于井下高爆開關(guān)的動作時間。當(dāng)井下短路電流達(dá)到井上變電所的短路電流整定值時發(fā)生井上變電所先于井下高壓開關(guān)跳閘，造成大面積的停電事故。1井下高壓電網(wǎng)發(fā)生越級跳閘的原因(2)井下供電線路距離短、短路電流大。當(dāng)供電線路較長時，電纜首端的短路電流值和電纜末端的短路電流值就會相差較大，發(fā)生短路時電流的變化趨勢也會比較陡，這樣繼電保護(hù)的范圍就會相對比較大。但是由于我國煤礦井下高壓供電網(wǎng)絡(luò)多采用縱向逐級控制干線式供電網(wǎng)絡(luò)，每段電纜長度較短（一般在60到1500米之間），這就造成了各段線路首端短路電流和末端短路電流相差不大，甚至出現(xiàn)電纜首端最小兩相短路電流的幅值小于電纜末端的最大三相短路電流的幅值，這種情況下速斷保護(hù)的保護(hù)范圍很小甚至為零，靠鑒別電流幅值的電流速斷保護(hù)難以滿足其縱向選擇性的要求，使得電流速斷保護(hù)形同虛設(shè)。有的供電線路雖然較長但是由于末端負(fù)荷大、電纜截面大，當(dāng)發(fā)生短路時上下級的電流值相差不大，很難實現(xiàn)上下級高爆開關(guān)的速斷配合，由于下級的短路電流很大甚至可能滿足上級高爆開關(guān)的短路保護(hù)整定值，造成上下級之間在整定值上雖有級差卻很難起到級差作用，從而發(fā)生下級短路時上下級開關(guān)搶跳甚至出現(xiàn)越級跳閘的現(xiàn)象。(2)井下供電線路距離短、短路電流大。當(dāng)供電線路較長時，電(3)高爆開關(guān)數(shù)字測控系統(tǒng)工作電源不獨立。高爆開關(guān)的工作電源一般采用供電系統(tǒng)中的電壓或電流回路的電磁元件直接供給，且都裝有零延時的欠電壓釋放保護(hù)。高爆開關(guān)數(shù)字測控系統(tǒng)的電源通常來自于高爆開關(guān)內(nèi)部三相五柱式電壓互感器的二次側(cè)100V電壓，測控系統(tǒng)通過小型變壓器，以及模塊化的直流電源將互感器二次側(cè)的100V電壓變換為CPU以及繼電器、運算放大器所需要的電壓等級的電壓。而高爆開關(guān)內(nèi)部的三相五柱式電壓互感器的一次側(cè)電壓為所保護(hù)線路電壓，因此，相當(dāng)于數(shù)字測控系統(tǒng)的電源電壓直接來自于供電網(wǎng)絡(luò)中的電源電壓。這就導(dǎo)致測控系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓高度依賴，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生欠壓事故或者過壓事故時都會影響高壓供電系統(tǒng)的正常工作。(3)高爆開關(guān)數(shù)字測控系統(tǒng)工作電源不獨立。高爆開關(guān)的工作電(4)電流保護(hù)時間級差無法配合。由于井下供電網(wǎng)絡(luò)供電線路級數(shù)很多，地面變電所到移動變電站之間的供電級數(shù)一般都會超過三級。按照35kV變電所供電管理部門的要求，地面6kV變電所過電流保護(hù)時限不能超過一定的時限要求，按照傳統(tǒng)過流保護(hù)0.5s的時間級差整定，根本無法實現(xiàn)井下供電線路級數(shù)多的過電流保護(hù)時限配合。(5)大功率設(shè)備同時啟動。隨著井下綜采面自動化程度的不斷提高，大功率機械設(shè)備被越來越多的直接投入到生產(chǎn)一線，特別是位于供電線路末端的3.3kV大功率采煤機及其配套大功率設(shè)備的投入，使得在設(shè)備的啟動瞬間電流很大、電壓下降較多。當(dāng)電壓過低達(dá)到欠電壓保護(hù)整定值時可能導(dǎo)致欠壓保護(hù)裝置跳閘。(4)電流保護(hù)時間級差無法配合。由于井下供電網(wǎng)絡(luò)供電線路級(6)保護(hù)裝置器件自身質(zhì)量問題。目前，我國礦用繼電保護(hù)裝置所用元器件沒有形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，許多廠家生產(chǎn)的高爆開關(guān)測控裝置所選用的電流互感器、電壓互感器普遍存在保護(hù)級準(zhǔn)確度低、磁化曲線相差較大、易飽和等問題。另外井下各種電磁干擾嚴(yán)重，基于傳統(tǒng)電磁式保護(hù)原理的高爆開關(guān)保護(hù)裝置的檢測值與實際值存在較大誤差，造成保護(hù)裝置誤動或者拒動甚至上級開關(guān)先于下級開關(guān)跳閘等現(xiàn)象的發(fā)生。(7)其它方面的原因。由于我國煤礦井下傳統(tǒng)過流保護(hù)高爆開關(guān)保護(hù)裝置沿用地面10kV或6kV高壓保護(hù)器設(shè)置，造成保護(hù)只有兩段式保護(hù)，且電流速斷保護(hù)和定時限過流保護(hù)定值只能選擇與開關(guān)額定電流的倍數(shù)關(guān)系，造成保護(hù)的定值無法確定。同時由于繼電保護(hù)設(shè)備存在各種缺陷也會造成保護(hù)誤動作，出現(xiàn)越級跳閘的現(xiàn)象。這方面的原因也比較多，比較難以克服。(6)保護(hù)裝置器件自身質(zhì)量問題。目前，我國礦用繼電保護(hù)裝置2目前常用防越級跳閘方案使用現(xiàn)狀

由于井下各級變電站內(nèi)部供電距離較短，每級線路首、末兩端短路電流相差很小，使得基于傳統(tǒng)鑒幅法的電流速度保護(hù)范圍很小甚至為零。當(dāng)發(fā)生三相短路故障時可能上下級保護(hù)裝置檢測到的電流值同時達(dá)到整定電流值，無法滿足繼電保護(hù)的選擇性要求，造成越級跳閘現(xiàn)象頻發(fā)。定時限過電流保護(hù)也因井下級數(shù)較多而無法滿足上級供電部門對短路跳閘時限的要求。隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，人們開始把目光從傳統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)向通信技術(shù)結(jié)合微機保護(hù)領(lǐng)域，并提出了很多基于網(wǎng)絡(luò)通信的防越級跳閘保護(hù)新方案。2目前常用防越級跳閘方案使用現(xiàn)狀2.1基于電氣閉鎖原理的防越級跳閘保護(hù)方案電氣閉鎖防越級跳閘保護(hù)方案的原理是：通過通訊電纜將具有上下級供電關(guān)系的高爆開關(guān)串聯(lián)起來，當(dāng)下級開關(guān)檢測到電流為故障電流而跳閘時發(fā)送跳閘閉鎖信號給其上級開關(guān)，上級開關(guān)收到閉鎖信號后即使檢測到電流達(dá)到故障電流也不跳閘。電氣閉鎖方案由于具有理論簡單、目的明確等優(yōu)點而在早期防越級跳閘保護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于井下電磁環(huán)境復(fù)雜、各種干擾因素較多，而傳輸電氣閉鎖信號的通訊電纜抗干擾能力很差，當(dāng)通訊信號經(jīng)過通訊電纜進(jìn)行長距離傳輸時，通訊信號的可靠性無法得到保證。

2.1基于電氣閉鎖原理的防越級跳閘保護(hù)方案2.2基于分站集中控制方式的防越級跳閘保護(hù)方案基于監(jiān)控分站方式的防越級跳閘保護(hù)方案的原理是：通過雙絞線或者同軸電纜將井下供電網(wǎng)絡(luò)中的高爆開關(guān)保護(hù)裝置連接到通訊分站，通訊分站通過以太網(wǎng)連接至交換機，然后經(jīng)由交換機連接至監(jiān)控分站。基于分站集中控制原理的防越級跳閘保護(hù)方案把傳統(tǒng)的電流速斷保護(hù)與定時限過電流保護(hù)相結(jié)合，彌補了傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)中，當(dāng)上下級開關(guān)同時檢測到電流為故障電流時容易發(fā)生越級跳閘的不足，而且可以通過只整定一個時間級差來解決井下供電級數(shù)過多的問題，因而具有一定的可取性。2.2基于分站集中控制方式的防越級跳閘保護(hù)方案2.3基于縱聯(lián)差動保護(hù)原理的防越級跳閘保護(hù)方案光纖縱聯(lián)差動保護(hù)最早應(yīng)用于地面供電系統(tǒng)的短路保護(hù)中，其基本原理是：以基爾霍夫電流定律為基礎(chǔ)，在每級保護(hù)的首末兩端都安裝有電流檢測裝置，通過光纖通道將本側(cè)的電流信息傳輸?shù)綄?cè)，每側(cè)保護(hù)根據(jù)對兩側(cè)的電流信息進(jìn)行比較以區(qū)別故障為區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。光纖縱差保護(hù)原理簡單、保護(hù)精度較高，但是該方案信息采集量大并且要求兩側(cè)電流信息的采集必須嚴(yán)格的同步，比較適合于地面一條進(jìn)線帶一條出線的供電模式。對于井下一條進(jìn)線經(jīng)常帶多條出線的供電模式，保持采樣的同步非常困難，另外進(jìn)線開關(guān)的電流矢量值和多條出線開關(guān)的電流矢量值之間的比較也會導(dǎo)致采樣的不同步。因此，僅僅依靠光纖縱差保護(hù)而沒有強大的數(shù)據(jù)處理功能以及嚴(yán)格的同步采樣保持裝置，想實現(xiàn)井下高壓的防越級跳閘功能也有不小的困難。2.3基于縱聯(lián)差動保護(hù)原理的防越級跳閘保護(hù)方案2.4基于數(shù)字變電站技術(shù)的防越級跳閘保護(hù)方案該方案要求所有的高爆開關(guān)保護(hù)裝置具備光纖轉(zhuǎn)換接口，通過光纖將井下所有高爆開關(guān)的智能保護(hù)器連接到數(shù)字變電站的保護(hù)主機上，然后由保護(hù)主機通過工業(yè)以太網(wǎng)連接到調(diào)度以及監(jiān)控主機上面?；跀?shù)字化變電站技術(shù)的煤礦井下防越級跳閘方案具有快速、可靠的信息傳輸能力，以及完善的故障檢測功能，不但可以很好的解決井下經(jīng)常發(fā)生越級跳閘的問題，而且對解決井下電網(wǎng)的其它故障都不失為一種好辦法。數(shù)字化變電站技術(shù)是基于數(shù)字化、智能化傳感器以及高速光纖通訊技術(shù)而提出的新型保護(hù)模式，這種模式已經(jīng)在地面輸供電技術(shù)中得到了一定的應(yīng)用。但是由于我國很多礦井不具備光纖通訊能力，許多正在使用的老高爆開關(guān)保護(hù)裝置甚至不具備RS485等通訊接口。因此該方案在目前的生產(chǎn)礦井中進(jìn)行推廣難度較大。2.4基于數(shù)字變電站技術(shù)的防越級跳閘保護(hù)方案2.5基于GOOSE通信機制的防越級跳閘保護(hù)方案

GOOSE(genericobjectorientedsubstationevent)是通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录暮喎Q，是由IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義的一種快速報文傳輸機制。GOOSE通信機制以高速光纖通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，可以為整個防越級跳閘系統(tǒng)提供快速、可靠的通訊報文傳輸，廣泛應(yīng)用于實時跳閘指令、間隔邏輯閉鎖指令的傳輸以及檢同期等功能的實現(xiàn)。煤礦井下電磁干擾嚴(yán)重，而跳閘指令的傳輸對可靠性要求很高，一旦報文丟失就極易造成發(fā)生越級跳閘事故，因此為了保證報文傳輸?shù)目煽啃?，GOOSE報文通信機制通過間隔時間逐漸增大的報文重發(fā)機制避免報文的丟失以及減少故障瞬間傳輸通道中的報文數(shù)量。

GOOSE報文傳輸機制在報文傳輸方面具有其它報文傳輸機制難以媲美的優(yōu)勢，但是該方案依賴于以太網(wǎng)通訊方式，目前主要應(yīng)用于地面數(shù)字化變電站的報文傳輸中，使用在井下防越級跳閘保護(hù)中時成本較高且有一定的難度。2.5基于GOOSE通信機制的防越級跳閘保護(hù)方案3基于CAN總線的智能聯(lián)鎖防越級跳閘方案目前，先進(jìn)的井下高壓智能保護(hù)系統(tǒng)中采用雙CAN口通訊，一個CAN口專門用來傳輸對實時性要求較高的跳閘閉鎖指令，一個CAN口用來傳輸對實時性要求不高的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控信息。由于現(xiàn)有微處理芯片擁有高達(dá)56個I/O通訊接口，數(shù)據(jù)處理能力也很強，因此在需要的時候也可以采用SCI串行通信或者快速以太網(wǎng)通信。3基于CAN總線的智能聯(lián)鎖防越級跳閘方案在設(shè)計高爆開關(guān)數(shù)字智能保護(hù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系時，考慮到有時井下兩級變電所的距離較遠(yuǎn)且井下電磁干擾嚴(yán)重，而CAN總線的報文傳輸速率隨著距離的增長而變慢(傳輸距離小于40m時，報文傳輸速率可達(dá)1Mbps；而傳輸距離達(dá)到單級CAN總線的傳輸極限10km時，報文傳輸速率不到5kbps)，延遲時間也相應(yīng)增長。因此，為了提高越級跳閘閉鎖指令傳輸?shù)膶崟r性以及抗干擾能力，在每級變電所的進(jìn)線開關(guān)上都設(shè)置了保護(hù)(該保護(hù)也可以根據(jù)實際不設(shè)置)，只是在電流整定方面把上級變電所的饋出線開關(guān)和下級變電所的進(jìn)線開關(guān)電流值整定為一樣大。在上級變電所的饋出線開關(guān)和下級變電所的進(jìn)線開關(guān)之間都設(shè)保護(hù)時，雖然設(shè)置繁瑣，但是可以因減小了上下級開關(guān)之間的距離，相對提高報文傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ虼?，高爆開關(guān)之間所設(shè)關(guān)聯(lián)關(guān)系為：在設(shè)計高爆開關(guān)數(shù)字智能保護(hù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系時，考慮到有時3.3.2基于CAN通訊的防越級跳閘方案的實施

采用防越級保護(hù)方案中，下級開關(guān)的數(shù)字測控系統(tǒng)只和其上級開關(guān)的數(shù)字測控系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，具有上下級供電關(guān)系的高爆開關(guān)的數(shù)字測控系統(tǒng)形成縱向關(guān)聯(lián)關(guān)系，同級開關(guān)的數(shù)字測控系統(tǒng)之間只有供電方面的聯(lián)系而沒有通訊上的聯(lián)系。如圖1所示。3.3.2基于CAN通訊的防越級跳閘方案的實施

圖1基于多機通訊的煤礦井下CAN高壓供電系統(tǒng)圖

專題1-高壓供電系統(tǒng)防越級跳閘培訓(xùn)講義ppt課件

在每一級的高壓綜合保護(hù)裝置中，速斷保護(hù)均設(shè)個10ms小延時，在此小延時階段，該級綜合裝置將故障信息傳輸?shù)缴霞壦芯C合裝置中。如圖3-1所示，在K3點（采區(qū)變電所供電段）發(fā)生短路故障后，該級高壓綜合保護(hù)裝置將故障信息K32和K31通過CAN口傳輸?shù)缴霞壘C合保護(hù)裝置中（井下中央變電所及地面變電所）。在每一級的高壓綜合保護(hù)裝置中，速斷保護(hù)均設(shè)個10

同理，在K2點（井下中央變電所供電段）發(fā)生短路故障后，該級高壓綜合保護(hù)裝置將故障信息K21通過CAN口傳輸?shù)缴霞壘C合保護(hù)裝置中（地面變電所）。上一級的綜保裝置每接收到下級的一個故障信息就自動延時100ms的短延時作為下級后備保護(hù)。同理，在K2點（井下中央變電所供電段）發(fā)生短路故障后，

以K3處發(fā)生短路故障為例，來說明新型防越級跳閘系統(tǒng)設(shè)計方案。當(dāng)K3發(fā)生短路故障后，K1，K2，K3三處的綜保裝置均可在10ms小延時之內(nèi)判斷出故障，在判斷出短路故障后，K3處的綜保裝置向其上級K2、K1處的綜保裝置發(fā)出故障信息。與此同時，K2處綜保裝置也向其上級K1處的綜保裝置發(fā)出故障信息。通過三級綜保裝置之間互相通訊，K1處的綜保裝置接收到2個故障信息（K3和K2處故障信息）后通過程序控制使K1處綜保裝置延時200ms（即接收到一個故障信息增加100ms）再跳閘。

以K3處發(fā)生短路故障為例，來說明新型防越級跳閘系統(tǒng)設(shè)K2處的綜保裝置接收到1個故障信息（K3處故障信息）后通過程序控制使K2處綜保裝置延時100ms。而K3處綜保裝置沒有接收到故障信息則在10ms后立刻跳閘切除故障。如果K3處綜保裝置拒動，則在100ms延時后K2處綜保裝置跳閘切除故障。如果K2處綜保裝置也拒動，則200ms延時后K1處綜保裝置跳閘切除故障。同理分析，在K2處發(fā)生短路故障時，K2處綜保裝置延時10ms后跳閘切除故障，而K1處綜保裝置則延時100ms跳閘作為下級的后備保護(hù)。K2處的綜