摘要:煤矿井下供电越级跳闸现象时有发生,容易造成大面积停电,对煤矿的安全生产有极大的危害作用。对煤矿供电系统现状进行分析,阐述煤矿供电系统存在故障类型、管理问题,对电力监控及防越级跳闸系统应用到煤矿供电系统进行说明,得出了煤矿供电系统使用电力监控及防越级跳闸系统的重要意义。
关键词:煤矿供电;电力监控;越级跳闸;应用
煤矿井下供电的特点是:采用多级供电形式;供电电缆短,短路电流大,大部分重负荷集中在线路末端,末端大型设备驱动频繁,驱动电流大,时间长,电压质量低,使过流保护整定级差小,越级跳闸时,停电范围加大;同时系统随整流及自动化设备的增多出现设备实际容量变小,启动电流加大的趋势越来越明显;随工作面的移动,供电变电站移动及运行方式变动频繁等。越级跳闸现象严重威胁着矿井供电安全。
一、越级跳闸保护原理
智能保护装置采用双CPU结构,克服传统装置计算速度慢、计算精度低和保护功能不完善的缺点,充分发挥双CPU结构并行工作、分工合作的优点以及DSP运算速度快、擅长数字信号处理的优点,既满足继电保护速动性、选择性、可靠性和信息共享的要求,同时实现高精度实时测量。
二、煤矿供电系统存在的问题分析
1.供电系统没有监控。供电系统没有监控,不知道供电系统的运行状态、参数,不能对供电系统进行预测和及时的维护、维修,造成故障突发,甚至发生事故。不能预测供电线路和设备的参数异变、故障隐患和安全状况,使小问题变成大故障。在供电线路或设备损坏发生后再进行应急处理和抢修,不仅劳动强度大、投入费用高,而且耗费时间长,严重影响生产和安全。
2.越级跳闸较为突出。为了适应负荷增长的需要,煤矿井下电缆容量选择往往偏大;再加上井下供电距离短,同一变电所总开关和分开关间电缆一般只有几米;上级变电所与下级变电所之间的距离也只有数百米到几千米,所以无法按照规程进行两段过流保护或三段过流保护来保证线路短路时不产生越级跳闸,往往是线路末端短路时,短路电流值就已经满足多级上级开关短路跳闸保护设定值,产生越级跳闸,有时则产生多级越级跳闸甚至地面变电站开关越级跳闸,造成井下大面积停电,甚至全矿井停电。
3.瞬时失压跳闸造成大面积停电。供电系统因雷电干扰,线路局部短路、打火等原因造成母线瞬时失压;瞬时失压使连接在母线上的开关跳闸,造成停电。因失压时间很短,不会对电路和设备造成太大影响及损坏,不需要动作跳闸。而井下大量开关因瞬时失压时跳闸,恢复供电需逐台合闸,需要较长时间才能完成,影响生产,甚至造成瓦斯聚集,威胁矿井安全。
4.供电系统容量与用电量不匹配。煤矿开采是逐渐推进的,生产过程中供电网络逐渐延伸,电缆随采面延伸加长,设备不断增多,总装机容量慢慢加大。为了适应负荷增长的需要,煤矿井下供电设备容量选择往往偏大。一些开关、磁力启动器下接负载电流几安、十几安,而开关额定电流几百安,造成对电流的测量不准确,无法计量用电量;保护定值无法准确设定,起不到应有的保护作用;变压器、电动机容量大,负载小,功率因数低,电能损耗大,效率低。
5.开关智能保护装置整定值没有标准。由于供电系统智能保护器的发展速度快于国家标准的制定,国家没有智能保护器产品标准和基于智能保护器的供电系统保护参数整定标准,对于智能保护器的整定还是按照国家基于继电器的供电系统保护整定标准,各矿根据自己的理解进行,供电系统保护整定参数值根据国家继电保护标准计算获得。
6.漏电选线不准确。煤矿井下供电系统为中性点不接地的小电流接地系统,一般采用零序电流值和方向判断接地回路,进行故障选线。由于线路复杂,零序电流计算误差大,保护器种类繁多,不易准确确定零序电流定值等原因,零序电流选线不准,易发生误动作或不动作。
7.用电量计量偏差较大。根据国家规程,用于用电量计量的电度表,当使用电流为电度表额定电流10%以上、功率因数为0.5以上时能够准确计量电度量,即为合格。由于考虑负载的逐步增加,煤矿井下开关容量选择一般偏大,使用电流往往达不到开关额定电流的10%,造成开关保护器用电量计量功能不准确,无法进行用电量考核。尤其是总开关,下接多台分开关,总开关容量一般按所有分开关同时运行选择,其值较大;而大部分时间,分开关不同时投入运行,很多时间甚至只有单台分开关运行,使用电流很小,远达不到总开关额定电流的10%,甚至启动不了总开关保护器电量计量功能,这就使总开关用电量计量值偏差很大。
三、解决方案
1.在计算继电保护整定时,电流速断整定应按三相短路电流作为计算依据来确定,在考虑系统可靠性的同时应缩小本级保护装置的保护范围,尽可能避免将电流速断整定取值过小而导致保护范围超越了多级线路的现象发生。
2.加速对老旧设备的更新换代,开关的保护装置应选用精度较高、处理速度较快的微机型监控保护装置,优良的保护装置采用了多CPU处理技术,对保护、通信、显示等功能可实现并行处理控制,不仅可以实现高精度的监测和保护,而且可以对参数进行远程和就地的连续调整。
3.去除进线开关的失压脱扣器或设法设置失压保护动作时间大于略大于继电保护整定动作的时间,避免失压脱扣器动作时间小于继电保护整定动作的时间,保证保护装置按设定顺序实现保护。
4.加强对供电系统的巡视检修及对供电系统缺陷的改建工作,保证供电系统远离雷击干扰、系统接地等现象造成的瞬时电压波动;对于大功率设备可以使用变频器、软启动器等避免大电流冲击供电系统。
5.提升煤矿供电系统的安全性。应用电力监控及防越级跳闸系统后,把人工值守的故障发生后处理事故变为了故障发生前消除隐患和自动保护,提升了煤矿电力系统的安全性。电力监控及防越级跳闸系统记录并显示煤矿供电系统每条线路电压、电流、零序电压、零序电流、实时数据、历史数据、运行曲线,电力调度人员通过实时参数、曲线和历史参数、曲线进行对比,了解煤矿供电系统的运行状态,可以评估故障隐患;通过设定超限值使电力系统运行实时数据超过设定值时报警,从而提醒值班调度人员处理故障隐患;通过设定安全保护动作值,当煤矿供电系统运行实时参数达到安全保护动作值时自动跳闸保护,避免发生事故。
6.便于电气设备运行与维护,减少电气设备的损坏应用电力监控及防越级跳闸系统显示、记录煤矿电力系统的实时数据、历史数据、历史曲线、工作记录、故障事件,使值班人员将供电系统运行的实时数据、曲线与正常稳定运行的历史数据、曲线进行对比,可以从供电系统运行的实时数据、曲线的异常变化及时发现供电系统、电气设备故障隐患及其产生的原因,便于维护人员及时维修处理,将故障消灭在萌芽状态,不会造成电力设备的损坏,既节约了维修成本,也降低了维修工作量,为生产赢得了更多的时间。
7.加强继电保护整定的管理工作,一是加强对继电保护整定人员素质和技能的培训,使继电保护整定人员熟悉各种厂家的保护装置并养成严谨勤恳的工作作风;二是做好煤矿供电系统的改扩建工作,做到设计合理,超前规划,避免出现不合理的供电系统。
本文根据煤矿井下供电系统的特点,指出了发生越级跳闸对煤矿供电系统产生的危害,并分析了井下供电系统产生越级跳闸的原因。在未来一段时间内,采用高品质的新型智能化的微机保护装置,利用优良的速断保护方案,必将有效地降低越级跳闸事故的发生,大大提高矿井供电系统的安全可靠水平。
参考文献:
[1]高建.配电系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2019.
[2]孟涛.煤矿井下短路越级跳闸的故障分析[J].煤矿机械,2019,30(2).