越级跳闸

越级跳闸 随着煤矿井下大功率设备的应用，特别是3.3KV大功率采煤机及配套大功率设备在高产高效矿井中推广应用，这就对高压供电系统提出了更高的要求，因此从地面到井下各级变 电所及综采工作面均采用大截面电缆。综采工作面高压供电方式是把为6KV高压从采区变 电所（或中央变电所）直接供给综采工作面移动变电站；综采煤工作面由于工作环境恶劣、 条件差以至工作面高压电缆在回采过程中拖曳一旦受损就会造成电缆绝缘击穿以至形成短 路。在采区变电所与工作面高防开关的短路保护整定值虽有级差，但由于电缆截面较大高压 电缆在这种情况下形成的短路电流也很大，以至能同时满足采区变电所馈出高防开关及综采 工作面高防开关的短路跳闸条件，在这种情况下会形成高防开关抢跳的局面，很容易引起高 防开关越级跳闸。如果综采工作面距中央变电所或采区变电所很近，由于线路短造成的短路 值将更大，所引起的越级跳闸影响范围也将更大。然而在井下运输巷道或其它敷设有高压电 缆的巷道中，作业人员意外造成电缆损伤或其它因素引起的短路也很容易造成开关越级跳 闸。在这种容易引起高压越级跳闸的情况下就不能保证井下供电的安全性及可靠性。因为煤 矿井下生产环境及条件的恶劣及对机电设备的依赖，所以煤矿的安全生产对供电的安全性、 可靠性要求更为突出。 1、井下高压跳闸所造成的危害 井下越级跳闸不仅造成事故扩大化，同时影响事故查找，如果越级跳到采区变电所， 可能会造成三专变压器失电跳闸，在这种情况下如果不能及时排除故障，不但影响生产，还 会影响井下各级风机开关送电时间，严重的还会影响瓦斯排放，引起瓦斯积聚以至危胁井下 工人生命安全，如果越级跳到中央变电所，不仅会造成瓦斯积聚，还会造成生产系统的瘫痪。 2、井下高压开关保护现状（以新集一矿为列）及现煤矿井下高压供电所能依据的理论 指导情况 我矿（新集一矿）现井下用高防开关型号为BGP43-6矿用隔爆型高压真空配电装置（通称高防开关），高防开关所用综合保护器为北京安华顺城电子工程有限公司生产的SDZB型 数字化电脑保护器，开关具有过压，欠压、漏电、过载、短路、绝缘监视等保护功能，高防 开关过载整定均以实际最大长时负荷电流整定（对负荷变动频繁的则以线路保为准），过载 延时以实际设备延时情况整定（通常为8－15S），后级开关逐级以实际负荷情况配合整定；速断整定以躲过最大起动电流整定，并以系统最小运行状态下线路未端二项短路电流除以速 断整定值的商大于1.5倍系数进行校验。 关于煤矿行业所高压继电保护，现还没有系统的理论教材，现出版的关于煤矿供电书 继电保护大多以低压继电保护内容居多，很少有关高压继电保护优其是关于高压继电保护各 级高防的配合保护整定的内容，就是具有权威性的《煤矿电工手册》关于高压继电保护，仅 有线路保护，高压电机保护，变压器保护等，其保护讲述的均为过流，速断（瞬时速断）保 护，而井下现有高防的保护功能决定电力行业继电保护又不适用于井下。 3、井下跳闸保护分析 3.1 保护装置特性 井下的电流保护为两段式，只有过电流保护、电流速断保护，无限时电流速断保护。综保设定在超过或达到1.6倍额定电流时作为短路保护，瞬时动作。整定的负载电流在额定 值的0.2到1.4倍时作过载处理，执行反时限延时动作。短路的整定值要大于电动机的启动 电流与电流互感器一次额定电流之比，并小于上一级开关的整定值。图1为保护装置的动作示意曲线。 3.2 越级跳闸分析 下井线路上下级的过流保护只要大小和时限上有级差就不会发生因过流发生越级跳 闸，发生越级跳闸主要是因为短路引起的（井下电缆网络发生短路故障的几率要远高于地面 6KV架空线路）。现以井下的保护装置为基础，结合具体的线路和井下的实际情况，分析开 关越级跳闸的原因。 电缆线路较短 当线路较长时，其始端和末端的短路电流差别较大，因而短路电流的变化趋势比较陡， 保护范围较大，而当线路较短的时候，由于线路短路电流的变化平缓，速断保护的整定值考 虑了可靠系数后，其保护范围将很小甚至等于零。如在井下有的电缆线路大约只有500米，上下级的短路电流很难区分，保护范围为零，此时的瞬时速断形同虚设，电力系统规程建议 在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电流速断保护，但是煤炭规程规定井下必须装设速断保 护不准甩掉不用，因此在灵敏度不满足要求的情况下，采用同一灵敏系数法，即 ——最小方式下线路始端两相短路电流 降低了使得线路在最小运行方式下有保护范围，然而当最大运行方式下II段发生短路时1＃开关可能发生越级跳闸。 2.系统的运行方式差异较大（以新集一矿井下负荷变化相对稳定的636＃线分析） 现在35kv张集变电所母线的最大短路容量为449.03MVA，最小短路容量152.49MVA。 新集一矿6kv系统定义的最大运行方式为：一路35kv进线最大运行方式下同时矿自备 电厂两台6000KW 发电机组投入运行；最小运行方式为：仅一路35kv进线在最小运行方式下运行。（矿35KV进线引自张集变电所） 从以上的数据计算得到－450中央变电所636进线的末端的最大三相短路电流为 12.08KA、最小三相短路电流为6.19KA，－450变电所1＃柜出线的末端最大三相短路电流 为8.12KA、最小三相短路电流为5.16KA，可以看出系统的运行方式差异较大。如图3，Imin’运行方式较大时的最小三相短路电流曲线。当1＃开关电流速断保护按最大方式下保护选择 性的条件整定以后，在最小运行方式下就没有了保护范围。 此时动作电流采用同一灵敏系数法，即 ——最小方式下线路始端两相短路电流 这样降低了使得线路在最小运行方式下有保护范围，然而当最大运行方式下－ 550_III段至－550强力皮带机线路某处发生短路时1＃开关可能发生越级跳闸。 小结： 根据以上分析一矿井下存在的主要问有以下几个方面： 井下线路（未加限流电抗器）的短路电流过大 以636下井线路为例，－450中央变电所636段母线最大短路电流为12.08KA，－550变电所III段母线的最大短路电流为8.12KA，－450中央变1＃柜按线路最大运行方式下保 护选择性的条件整定＝8500A，然而1＃柜CT的一次侧额定电流为400A，保护装置的速断保护的档位最大为10倍的额定电流，也就是最大可以选4000A, 但是－550强力皮带机母线的最大三相短路电流为4270A，这样当－550强力皮带机母线发生短路时，－450中央变1＃柜就可能发生越级跳闸。 井下某些线路较短 有的下井线路开关上下级的距离只有500～600m，线路的上下级母线的短路电流差别 较小无法区分，有的电缆长度虽较长如综采工作面但因大功率设备的应用以至电缆使用截面 较大以至短路电流也很大，同时保护装置的档位只有2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、8倍、10倍，假如CT的一次侧电流为400A，根据档位选择，级差最小为200A，最大为400A。这样所选的上一级的整定值可能偏大导致灵敏度校验不通过，没有最小保护范围，而选较小 档的时候，可能值又偏小造成越级跳闸。 系统的运行方式的差异较大 由于一矿提供的张集35KV母线的最大最小短路容量、和系统运行方式差异较大 ，引起下井线路最大最小短路电流差异较大。这样用最大短路电流计算得到的整定值，很难通过 灵敏度校验。即使是下井线路的始端加装了限流电抗器，也不能改变由系统运行方式差异而 引起的最大最小短路电流之间的较大差别。 解决： 由于瞬时电流速断保护的保护范围，与线路本身长度以级系统运行方式的变化关系很 大，因而有时满足不了灵敏性的要求，甚至保护范围为零，为此可考虑装设限时电流速断保。 这种保护中所采用的元件与过电流保护相同，只是启动电流和动作时间的选择不同。限 时电流速断保护原则上要求保护本线路的全长，因而必然延伸到下一段线路中去，为了有选 择性的动作，限时电流速断保护按下式整定（跟据井下现所用开关）：?.当下一级线路或变压器装有瞬时电流速断保装置时，限时电流速断保护的一次动作电流为（式中KCO－配合系数，采用1.1；－下一级线路或变压器的瞬时电流速断保装置的一次动作电流）；?.保护装置的时限配合，当一次动作电流与下一级第一段瞬时电流速断保护配合时，限时电流速断 的动作时限为（式中：―被保护线路和下一级第一段瞬时电流速断保护装置的固有动作时间， 约0.006～0.1S有时可忽略不计；－时间级差）。当动作电流与下一级第二段限时电流速断 保护配合时，限时电流速断的动作时限为（式中：―被保护线路和下一级第二段限时电流速 断保护装置的动作限；－时间级差）我矿根据实际在高防购置技术协议时要求，高防必须配 置带有速断延时功能的综保，并指定用北京安华顺城电子工程有限公司的SDZB－L6.3C型 综合保护器（综保），这种综保速断延时有0.15S，0.2S，0.3S（我矿井下所用高防开关均为同一厂家，考虑高防开关机构动作时间相差不大，只要速断动作时间有一定的时间差配合不 至引越级跳闸即可）三个延时档位，我矿中央变电所及综采工作面根据实际情况整定应用收 到很好的效果。 4.结束语 限时电流速断保护在我矿的应用收到很好的效果，具有推广价值，各单位在用有限 时速断保护功能的高防开关时，根据开关及各矿实际情况整定，切不可用速断延时去掩盖问 题。现矿用低压开关保护中的速断保护均为瞬时速动，没有延时，因此希望开关生产厂家能 够制造出带有速断延时功能的低压开关以供煤矿应用。