供配電安全技術(shù)-第7講煤礦防越級跳閘系統(tǒng)及數(shù)字化變電站

1、供配電安全技術(shù)第七講:煤礦防越級跳閘系統(tǒng)及數(shù)字化變電站中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院電氣安全與智能電器研究所劉建華1 1、短路越級跳閘、短路越級跳閘煤礦高壓供電存在如下特點：煤礦高壓供電存在如下特點：q短線路較多n有的下井線路僅有100-500米；n采區(qū)變到配電點僅有50-500米q下井線路經(jīng)過的開關(guān)級數(shù)多n地面-井下中央-采區(qū)-配電點q電力系統(tǒng)給定的速斷定時限短（1-2秒）q井下高壓開關(guān)一般均裝設(shè)速斷保護q井下高壓開關(guān)一般均裝設(shè)有低電壓保護短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因1 1整定方法不合理整定方法不合理q速斷保護按躲過最大負荷電流整定，比按短路電流整定得到的值要小得多，發(fā)生短路后沿線保護均

2、啟動，跳閘取決于開關(guān)的機械特性。解決方法解決方法q正確整定短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因2 2短線路造成保護定值無法區(qū)分短線路造成保護定值無法區(qū)分q短線路短路電流的變化平緩，始末端短路電流差值小，按躲過線路末端最大短路電流整定，一般保護靈敏度1。q電力系統(tǒng)規(guī)程建議在靈敏度小于1的情況下不適宜裝設(shè)電流速斷保護，但是煤炭規(guī)程規(guī)定井下必須裝設(shè)速斷保護，不準(zhǔn)甩掉不用。q此時一般按同一靈敏系數(shù)法整定，造成線路在最小運行方式下有保護范圍，然而在最大運行方式下可能發(fā)生越級跳閘。解決方法解決方法q在短線路增設(shè)限流電抗器，注意端電壓、井下條件限制。q改變保護原理：差動保護短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因2 2

3、短線路造成保護定值無法區(qū)分短線路造成保護定值無法區(qū)分短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因3 3系統(tǒng)的運行方式差異較大系統(tǒng)的運行方式差異較大q系統(tǒng)運行方式差異較大，按躲過線路末端最大短路電流整定，一般保護靈敏度1。q電力系統(tǒng)規(guī)程建議在靈敏度小于1的情況下不適宜裝設(shè)電流速斷保護，但是煤炭規(guī)程規(guī)定井下必須裝設(shè)速斷保護，不準(zhǔn)甩掉不用。q此時一般按同一靈敏系數(shù)法整定，造成線路在最小運行方式下有保護范圍，然而在最大運行方式下可能發(fā)生越級跳閘。解決方法解決方法q電力自動化系統(tǒng)：隨運行方式切換保護定值q改變保護原理：差動保護短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因3 3系統(tǒng)的運行方式差異較大系統(tǒng)的運行方式差異較大短路越級

4、跳閘原因短路越級跳閘原因4 4短路電流過大短路電流過大q短路電流超出了保護裝置短路電流的最大保護范圍（現(xiàn)在井下高壓綜保一般為10倍），如線路末端母線的最大三相短路電流為3340A,而線路的CT的變比為200/5，也就是保護的最大電流只能選取2000A。解決方法解決方法q改變CT變比q加裝限流電抗器q改變保護原理：差動保護短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因5 5失壓保護延時難以整定導(dǎo)致的失壓保護延時難以整定導(dǎo)致的“越級跳閘越級跳閘”q大多井下保護器的失壓保護動作延時不能整定，為瞬動，另外部分失壓脫扣動作值不準(zhǔn)確。饋線距離母線很近的地方發(fā)生短路故障時母線電壓短時失壓，該段母線上其他開關(guān)的失壓保護誤動

5、作導(dǎo)致“越級跳閘” 。解決方法解決方法q選擇具有失壓保護延時可整定或具有延時的保護裝置；q改變保護原理：差動保護短路越級跳閘原因短路越級跳閘原因6 6開關(guān)拒動開關(guān)拒動q煤礦井下高爆開關(guān)質(zhì)量參差不齊，開關(guān)動作速度差異較大，開關(guān)質(zhì)量差異較大。解決方法解決方法q保證開關(guān)質(zhì)量2 2、漏電保護無選擇性跳閘、漏電保護無選擇性跳閘煤礦80%以上供電事故均為單相接地故障造成中性點不接地系統(tǒng)中單線路單相接地故障判定存在技術(shù)實現(xiàn)難點單相接地故障判定原理較多中性點接地方式較多單相接地故障危害嚴重q事故擴大為短路，降低供電可靠性q事故引發(fā)過電壓，導(dǎo)致事故擴大漏電保護誤動或拒動原因漏電保護誤動或拒動原因1 1高壓漏電保

6、護選擇性原理有效性高壓漏電保護選擇性原理有效性q零序過電流原理：適用于中性點不接地系統(tǒng)，且各出線電容電流差別不大。q零序無功方向型原理：適用于中性點不接地系統(tǒng)。q零序有功方向型原理：適用于中性點經(jīng)并或串阻尼的消弧線圈接地。q五次諧波原理：適用于中性點各種接地形式，但靈敏度較低，不適合單條線路應(yīng)用。解決方法解決方法q根據(jù)系統(tǒng)中性點運行方式，選擇具有正確原理的保護裝置。漏電保護誤動或拒動原因漏電保護誤動或拒動原因1- 1-保護原理保護原理以母線流向線路電流方向為正.11cII漏電保護誤動或拒動原因漏電保護誤動或拒動原因1- 1-保護原理保護原理以母線流向線路電流方向為正.11.22ccIIII漏電

7、保護誤動或拒動原因漏電保護誤動或拒動原因1- 1-保護原理保護原理.11.22.312()ccccIIIIIII漏電保護誤動或拒動原因漏電保護誤動或拒動原因1- 1-保護原理保護原理.312.123.3123()()()()ccLcccLRcccRIIIIIIIIIIIIII 漏電保護誤動或拒動原因漏電保護誤動或拒動原因2 2高壓漏電保護高壓漏電保護整定方法不合理整定方法不合理q井下高壓漏電保護同一條線路應(yīng)按時限保證選擇性。q零序過電流原理：在中性點不接地系統(tǒng)應(yīng)按躲過本支路電容電流整定。解決方法解決方法q正確整定漏電保護誤動或拒動原因漏電保護誤動或拒動原因3 3接線不正確接線不正確q選擇性原理

8、必須依靠電壓與電流方向的判別。q電壓互感器零序電壓加、減極性接法不一。q誤以為漏電試驗動作即檢驗了漏電保護可靠。解決方法解決方法q做經(jīng)電阻接地或直接接地試驗驗證接線正確性。Q SQ ST VQ FACB零序電流互感器自檢線圈10匝電 網(wǎng) 地A C 100VA C 100VU 02abcK 2K 1MS10uF/400V200/30W漏電試驗按鈕L H 1G N D復(fù)位按鈕G N DFW 從地面到井下所有變電所連接線上光纖縱差保護q線路縱差保護作為線路的主保護q過流II段為后備保護q高爆綜合保護應(yīng)改造為具有光纖差動保護的微機保護測控單元q地面到井下所有變電所連接光纖防越級跳閘系統(tǒng)縱差保護原理防越

9、級跳閘系統(tǒng)縱差保護原理正常運行和線路外部故障時正常運行和線路外部故障時線路內(nèi)部故障線路內(nèi)部故障bPJIIII 22222JdJIIIIII雙端供電單端供電（）（）防越級跳閘系統(tǒng)優(yōu)缺點防越級跳閘系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點q改造簡單。缺點缺點q僅能實現(xiàn)短路防越級，無法解決漏電無選擇性問題；q無法實現(xiàn)母線短路速斷保護，靠后備保護動作，存在一定危險性。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的核心。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的核心。智能變電站（數(shù)字化變電站）智能變電站（數(shù)字化變電站） 數(shù)字化變電站數(shù)字化變電站q數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分三層構(gòu)建，即站控層、間隔層、過程層，兩級網(wǎng)

10、絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息數(shù)字化共享和互操作，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化二次功能、程序化操作、狀態(tài)檢修、電網(wǎng)故障分析隔離等功能的智能化的變電站。 特點：特點：一次設(shè)備智能化二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完備化信息交換標(biāo)準(zhǔn)化運行控制自動化信息展示可視化分析決策在線化設(shè)備檢修狀態(tài)化保護決策協(xié)同化設(shè)備安裝就地化系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)一化二次系統(tǒng)一體化數(shù)字化變電站設(shè)計模式數(shù)字化變電站設(shè)計模式1 1 僅站控層遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。q全國約有400座此類變電站。q通常認為，這種僅站控層遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站，在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟。在浙江、湖北、廣東等地已經(jīng)作為新建或改造變電站的基本要求（如浙江海寧500kV變電站）。q這種模

11、式變電站仍屬于常規(guī)性質(zhì)的變電站設(shè)計。數(shù)字化變電站設(shè)計模式數(shù)字化變電站設(shè)計模式2 2 站控層遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、過程層采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)。 一次設(shè)備采用常規(guī)互感器，在技術(shù)上規(guī)避了電子式互感器不成熟的風(fēng)險，成本也相對較低。 在華東等地區(qū)有應(yīng)用（如浙江蘭溪500kV變電站、浙江外陳220kV變電站）。 這種變電站屬于一種過渡性的變電站設(shè)計模式。數(shù)字化變電站設(shè)計模式數(shù)字化變電站設(shè)計模式3- 3-全數(shù)字化全數(shù)字化 站控層遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、過程層采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)。 過程層設(shè)備全部為電子式CT/PT及智能開關(guān)。對110kV以下電網(wǎng)可 采用電子式互感器。數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)自動化變電站比較數(shù)字化

12、變電站與傳統(tǒng)自動化變電站比較GOOSEGOOSE網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)什么是什么是GOOSEGOOSE及特點？及特點？ GOOSE：面向?qū)ο蟮淖冸娬就ㄓ檬录℅eneric Object Oriented Substation Event ） 是IEC61850定義用于快速和可靠傳送變電站自動化系統(tǒng)中實時性要求高的信息事件的通信模型。為什么需要為什么需要GOOSEGOOSE？ 在運行中，由于系統(tǒng)發(fā)生故障保護會產(chǎn)生：啟動、跳閘、重合等動作；運行狀態(tài)發(fā)生變化時出現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、一次設(shè)備被控制切換會產(chǎn)生：啟動、停止、閉鎖、解鎖、觸發(fā)、解除、狀態(tài)變化等動作及信號。 以前這些快速動作命令信號基本上由繼電器完成，隨著信息化

13、、數(shù)字化的技術(shù)進步發(fā)展，改由通信技術(shù)完成。非常規(guī)互感器非常規(guī)互感器非常規(guī)互感器優(yōu)點非常規(guī)互感器優(yōu)點 優(yōu)良的絕緣性能，造價低。 不含鐵心，消除了磁飽和、鐵磁諧振等問題。 低壓側(cè)無開路高壓危險。 暫態(tài)響應(yīng)范圍大。 頻率響應(yīng)范圍寬。 沒有因充油而產(chǎn)生易燃、易爆炸等危險。 體積小、重量輕，運輸方便。 抗電磁干擾能力強。 由于信息載體是光，用光纖傳輸信號，因此具有光學(xué)敏感和光纖傳輸?shù)膬?yōu)點，例如耐腐蝕、耐老化等。 適應(yīng)了電力計量與保護數(shù)字化、微機化和自動化發(fā)展的潮流。電子式電流互感器電子式電流互感器ECTECTkv系列kv系列電子式電流互感器電子式電流互感器開關(guān)柜安裝的小信號模擬量輸出的電子互感器開關(guān)柜安

14、裝的小信號模擬量輸出的電子互感器防越級跳閘系統(tǒng)：地面數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：地面數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：井下數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：井下數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式 特點：特點：q基于數(shù)字化變電站模式，三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩層網(wǎng)絡(luò)。q具有數(shù)字化變電站典型特點，符合發(fā)展趨勢。q地面井下一體數(shù)字化實現(xiàn)方案。 過程層設(shè)備：過程層設(shè)備：綜合保護測控合并智能終端綜合保護測控合并智能終端q采用傳統(tǒng)PT/CT。q高爆開關(guān)中安裝具有光纖通訊的綜合保護測控合并智能終端，通信網(wǎng)絡(luò)正常時，起數(shù)字化變電站合并器作用，當(dāng)雙光纖網(wǎng)絡(luò)斷開時，起微機綜合保

15、護作用。q過程層與間隔層之間網(wǎng)絡(luò)：將IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的GOOSE網(wǎng)、采樣值網(wǎng)、GPS同步網(wǎng)三網(wǎng)合一，集成在同一對光纖通道（雙重化）上實現(xiàn) ；以礦用光纖網(wǎng)絡(luò)接入分站為核心構(gòu)成（單臺可接入最多39臺智能終端）。防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式防越級跳閘系統(tǒng)：數(shù)字化變電站模式 間隔層設(shè)備：集成保護裝置間隔層設(shè)備：集成保護裝置q基于最新超大規(guī)模FPGA和多DSP內(nèi)核并行處理技術(shù) ，計算能力相當(dāng)于100余臺微機保護裝置的保護主機。q針對煤礦井下線路短，短路電流大的特點，開發(fā)了CT飽和識別技術(shù)，能避免穿越性故障時由于CT飽和導(dǎo)致的光差誤動。q功能軟件化：保護功能軟件化（可自由配置開關(guān)需要的軟件功能，如線路縱差、母線縱差等），故障錄波軟件化（支持高達20次諧波分析，保存多達4096條故障記錄， 32套全網(wǎng)故障時的波形），接地選線軟件化。q線路縱差保護動作速度快，平均動作速度小于25ms。防越級跳閘系