煤矿电力系统保护探讨.pdf

煤矿 现 代化 2 0 1 0 年第1 期 总第9 4 期 煤矿电力蒹统保护操时 安徽省淮北矿业集团机 电处 杨俊锋 摘要针对我集团公司某些变电所 6 k V系统短路故障时发生越级跳闸到3 5 k v系统的现象，进行原 因分析， 并提出防止对策。经实际运行至今， 反映良好， 没有发生类似故障， 有效提高了矿井电力系统的安全 运行水平 。 关键词越级跳闸原因对策 中图分类号： T D 6 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 9 0 7 9 7 ( 2 0 1 0 ) 0 1 - 0 0 6 9 0 2 我集团公司共有 3 0多个 3 5 k V变电所， 近年来 ， 微机保护 在煤矿电力系统得到了广泛的使用。但使用中多次出现井下 6 k V线路发生故障时， 由于短路电流很大， 保护定值计算存在 问题， 而造成越级跳闸， 使得 3 5 k V进线跳闸， 导致全矿停电， 造成井下瓦斯超限， 生产被迫停止 ， 严重困扰着煤矿的供电系 统的运行 。 针对这个现象， 我们进行了调查研究与原因分析， 发现有 两个原因 ： 一是各段开关 出口处距配 电所 较近 ， 短路 电流幅值 相差较小 ，甚至多数情况下首段最小两相短路电流值小于其 末端的最大三相短路电流，变电所 3 5 k V开关和相当一部分 6 k V开关的主保护范围非常短 ， 约为几十米 到几百米 ， 首 、 末两 端 的短路 电流相差无几 ， 使保 护的灵敏度小 于 l ， 即保护 范围 为零， 相当于虚设。靠判断电流大小来进行动作的过流保护难 以满足要求， 发挥不了应有的作用， 故障时容易导致越级跳闸 而造成全矿停电。二是传统的整定方法， 尤其是速断和限时速 断， 其动作值按躲过保护范围末端的最大三相短路电流整定， 而各级继电保护之间定值或时限配合不当或在供电部门的限 制之下， 不能构成有效的保护系统， 经常产生越级跳闸。我们 对造成越级跳闸的两种情况原因进行了剖析，并提出了防止 对策。 1 确定电力系统的运行方式 现阶段 ，矿 区电力 系统 的实际运行方 式为 ：全桥方式接 线 ， 其 中一段进线带 全矿负荷 ( 两 台 3 5 k V变压器 ) ， 另 一段进 线充电备用， 6 k V侧分段运行。 但在进行保护整定计算时， 各单 位参照的运行方式不一样，有的单位计算数据和实际系统运 行方式不符， 直接导致保护电流差别大， 保护区域重叠。所以， 首先应按照上述的电源进线一段备用， 一段运行的方式， 两台 变压器分裂运行的方式，在统一运行方式下进行保护定值整 定计算 ， 煤矿供 电系统接线方式参照图 1 。 2 加强三段式过流保护的整定 动作于跳闸的继电保护， 一般应满足四个基本要求， 即选 择性 、 速动性 、 灵 敏性 、 可靠性 。要准确快速地切除电力系统故 障， 保证其它用电负荷的正常供电， 缩小停电面积， 维护电力 系统运行的稳定性 。各级保护的电流和时 限应相互 配合 ， 防止 个零部件 、 机油 管路 ， 一 定要认真清 洗干净后再进 行组 装 ； 组 装后要对润滑油路进行 冲洗 ；要定期化验润滑机油 中杂质的 成分、 含量， 如果超标， 要及时更换机油及机油滤清器； 当机油 滤清器前后压力差达到 0 8 MP a时， 也应更换滤清器。 ( 1 2 ) 轴瓦紧余量不足； 如果轴瓦紧余量不足， 会造成轴瓦 与轴瓦座贴合不 良，会严重影 响轴瓦的散热 。随着温度 的升 高，润滑油的粘度会下降，无法在轴瓦的表面形成完整的油 膜， 导致润滑恶化 ， 在机车运行中会引起轴瓦表面烧损 ， 严重 时会造成燃轴 事故 的发 生，甚 至会 导致曲轴断裂造成严 重后 果。 应对措施 ： 柴油机检修组装时， 要严格检查每块轴瓦的规 格 ， 要保 持规格一致 ， 杜绝不同规格 、 不 同厂家 的轴 瓦混装 现 象的发生； 认真检查轴瓦与轴瓦座的接触状况 ， 要确保均匀接 触， 且接触面积要在 8 0 以上； 要逐块、 认真检测轴瓦的紧余 量， 紧余量过大或过小都会引起轴瓦故障的发生； 组装时要按 要求调整轴瓦与曲轴的问隙 ， 间隙过大或过小， 都会影响轴瓦 与曲轴之间油膜的建立 ， 从而导致轴瓦故障的发生。 ( 1 3 ) 轴瓦负荷过高； 柴油机曲轴和轴瓦装配质量不符合 检修规程要求 、 轴瓦和轴瓦座贴合不良、 曲轴轴颈之间的跳动 量相差过大等因素，均会导致曲轴轴颈的压力作用在轴瓦表 面的某些局部 ， 引起轴瓦局部工作表面负荷过 高 ， 这种状况可 能会引起轴瓦局部过度磨损、过热 ，从而产生工作层疲劳裂 缝 ， 严重的甚 至会导致轴瓦合 金层 的疲劳剥离的后果 。 应对措施： 认真执行检修规程中对曲轴轴瓦装配、 轴瓦轴 瓦作装配、 曲轴跳动量等相关的质量技术要求， 从而避免轴瓦 过 载造成 的严重后果 。 ( 1 4 ) 起 、 停机润滑时间不足； 起 、 停机润滑时间不足的原 因， 一是由于乘务人员的保养意识不强， 机车出库、 入库起、 停 机 时打机油时间不足 ， 或不打机油的现象时有发生 ； 二是 由于 运行途中突然停机的瞬间，柴油机各运动部件在惯性的作用 下还处 于运动状态 。因打机油不及 时、时间不充足或不打机 油 ， 都会造成曲轴与轴瓦发生干摩 擦 ， 长期积 累就会 导致曲轴 碾瓦故障的发生。 应对措施： 利用班前会对乘务人员进行教育， 增强乘务人 员的机车保养意识； 制定机车保养程序并强制执行。该保养程 序要求机车起机时， 泵油时间应在 1 分钟以上， 机车入库停机 时， 打油时间不低于 2分钟， 以保证柴油机轴有足够的润滑； 机车在运用 中， 如果发生柴油机突然停机现象 ， 必须立 即开启 机油泵， 以避免曲轴与轴瓦问干摩擦现象的发生。 4实施效果 我段 自2 0 0 8 年 3 月实施上述措施以来， 至今没有发生一 次柴油机碾瓦故障。由于有效控制了柴油机轴瓦故障的发生， 提高了机车性能的可靠性， 确保了机车运用率， 为企业增加了 可观的经济效益。 ( 收稿 日期 ： 2 0 0 9 8 1 1 ) 6 9 煤矿现代化 2 0 1 0 年第1 期 总第9 4 期 出现保护死区或多级同时限保护范围重叠的状况。 I段8 D L lI 段 图 1 煤矿供电系统全桥接线 ( 1 ) 3 5 k V电源进线保护的整定原则。过流一段( 速断保 护) 一般不适用于短线路， 保护范围较短， 易引起误动， 但为了 保证故障时不会越级到供电公司的区域变电所，建议进线保 护投入过流一段。微机保护不像传统 电磁保护有一定 的延时 ， 也为了躲过 3 5 k V站用避雷器两相接地放电的时间， 所以过流 一 段的时间应该设定为0 1 s ； 为了防止下一级线路故障时保护 误动， 也可以采用电流电压联锁速断保护 ， 可以保证不误动； 过流二段( 限时速断保护) 按照下一段过流一段保护值进行 整定， 保护范围为本线路的全长， 时间整定为0 3 0 5 s ； 过流 三段 ( 定时限过 电流保护 ) 通 常是指其起动电流按照避开最大 负荷电流来整定的一种保护装置。它不仅能够保护本线路的 全长， 而且也能保护相邻线路的全长， 即对变压器起到后备保 护的作用。保护范围为两台变压器的高压侧， 时间为 1 s ， 作为 变压器的远后备保护， 也可以选择不投入； ( 2 ) 联络保护。整定原则参照单台变压器的高后备过流保 护的设置并与之配合 ， 可 以设置过流 一段 和过流二段相配合 ， 速断时间为 0 s 。 ( 3 ) 变压器高后备保护。高后备的跳闸方式需跳开变压器 两侧开关， 禁止跳 3 5 k V联络开关。由于变压器纵联差动保护 主要保护变压器本体的故障， 与下一级线路关联不大， 独立性 较强， 在此不做讨论； 为了保证变压器低压侧出口出现短路故 障时， 保护能够有选择性地切除本段线路， 不会越级到进线保 护，过流一段保护电流应按照躲过变压器低压侧两相短路时 折算到高压侧的电流进行整定， 时限为 0 s ； 由于变压器的阻抗 一 般较大 ， 因此低压侧 出口侧短路 电流较小 ， 合理 的保护设置 不会造成进线保护误动；过流二段应和低压侧后备保护的过 流一段配合， 时限为 0 5 I s ； 有的单位没有低压侧后备保护， 过 流保护应不仅保护变压器自身， 还应包括 6 k V母线； ( 4 ) 变压器的低压侧后备保护( 有的单位没有， 可以不考 虑) ： 跳闸方式应设置为跳两侧开关 ， 防止因本侧断路器原则 造成故障电流向上一级传递；在 6 k V双母线运行时，禁止跳 6 k V联络开关。6 k V侧后备保护的整定原则是确保是各 6 k V 支路的最后一道屏障， 避免因各馈线保护整定电流差异不大， 各保护与上一级保护线路短， 保护区重叠。当一个支路发生短 路故障时， 几级速断保护同日 于 启动， 最终造成越级跳闸到进线 开关， 导致全矿停电。所以过流一段的动作时限为o s ， 限时速 断为下一级保护中过流一段配合 ， 时间为 0 3 加 5 s ， 过流三段 要保护到下一级线路的全长， 时间为 l s 。 ( 5 ) 复合电压闭锁的投入有利于防止低压侧故障电流越 级上传， 建议在三段式过流保护中可以在过流一段、 过流二段 中设置， 不需要设置过流三段。 3 加强对电流互感器的选型和试验 各单位整定系统保护定值的同时，应对保护使用的互感 器进行检验，确保互感器的保护绕组变比、伏安特性负荷要 求 ， 保护绕组接入保护对应的保护装置， 如出现测量绕组接人 保护装置应立即纠正。 4 逐步淘汰落后的保护装置 煤矿 6 k V系统使用保护装置品种很多， 既有微机保护， 又 有电磁式保护。电磁式保护装置动作时间长， 反映慢， 也是造 成保护越级跳 闸的重要原因。建议将各井下配电所现有的 D L 型电磁式电流继电器更换为微机保护装置。微机保护装置整 定值范围为 1 1 0 0 A， 级差为0 0 1 A， 在调整开关保护定值时 可不更换电流互感器即就能达到定值要求 。微 机保护装置误 差范围小， 返回系数达0 9 0 9 7 ， 具有动作速度快、 精度高、 整 定范围宽、 返回系数高、 定值计算方便的特点， 能够克服电磁 式电流继电器的缺点， 并实现与上级微机保护装置相互配合， 实现保护动作可靠性的要求。 5 结束 语 保护装置的可靠性、选择性直接决定煤矿电力系统经济 运行和煤矿安全生产， 只有认真进行继电保护计算， 合理整定 保护电流和时限， 才能避免越级跳闸事故的发生，保证煤矿供电系统的可 靠性。经实际运行至今， 反映良好， 没有发生类似故障， 有效提 高了矿井电力系统的安全运行水平。 参考文献 【 1 】 李佑光，林东 电力系统继电保护原理与新技术 科学出 版 社 2 0 0 3 【 2 】 王梅义 高压电网继电保护运行与设计 北京 中国电力 出版 社 2 0 0 7 【 3 】 张根现， 邹有明， 陈鹏飞 矿山过流保护技术 北京 煤炭工 业 出版 社 2 o 0 5 作者简介 杨俊锋( 1 9 7 2 年 ) ， 男， 安徽省阜阳市人， 2 0 0 0年淮南工 业学院电气自动化专业毕业， 工程师， 现在安徽省淮北矿业集 团机电处电气试验室从事继电保护工作。 ( 收稿13 期： 2 0 0 9 8 1 9 ) Di s c u s s o n e l e c t r i c a l s y s t e m p r o t e c t i o n f o r mi n i ng M e c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l d e p a r t m e n t o f A n h u i H u a i b e i m i n i n g g r o u p c o ， h d Y a n g j u n f e n g Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o a l mi n e e l e c t r i c al s y s t e m， a f t e r a n a t o mi z i n g s o me e x i s t e n t o v e r r i d e t r i p o f e l e c t r i c a l s y s t e m， t h e me t h o d s t o d e al wi t h t h e o v e r r i d e t r i p o f e l e c t r i c al s y s t e m are p u t f o r wa r d t o e n s u r e t h e s t a b l e s y s t e m K e y wo r d s ：o v e r r i d e t ri p ； c a u s e ； c o u n t e r n l e a s u r e 7 0