CN102280868B - 防止矿井供电系统越级跳闸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)变电所内的各保护装置用差分信号输出至矿用保护收发通信机，矿用保护收发通信机将电信号转换为光信号送至对侧的矿用保护收发信机，对侧变电所的矿用保护收发信机将光信号再转换为电差分信号输入至本变电所的保护装置；2)当某一处发生故障时，最靠近故障点的保护依次往上级开关的相应保护装置发送保护闭锁信号，上级保护收到闭锁信号后其反向闭锁式快速过流保护不会动作，而最靠近故障点的保护装置由于没有收到相应闭锁信号，由反向闭锁式快速过流保护快速切除故障。本发明解决了光纤通讯信号无法直接接入保护装置的问题。

Description

防止矿井供电系统越级跳闸的方法
技术领域
本发明涉及一种继电保护实现的新方法，尤其是一种用于矿井供电网的基于矿用保护通信机及编解码方式实现的防止越级跳闸的继电保护新方法，属于电气自动控制技术领域。
背景技术
据申请人了解，矿井供电网的继电保护设备一般都采用矿用隔爆型保护测控装置，该装置安装于高爆开关中，具有保护、测控、通讯等功能，用于切除各供电间隔发生的各种故障，对各种异常运行工况进行报警，而且把井下电气设备的电气参数，运行参数，电量信息，设备工况以及故障信息等数据发送到地面监控中心。
但是，使用该装置时会存在一个问题：各矿用井下保护装置之间基本上是孤立的，没有相互联系，这就使得其保护性能受到很大的限制。该装置主要利用0S时限的快速过流保护来切除短路故障，即电流超过设定值时立即跳闸切除故障。由于井下各级变电所之间的供电电缆相对较短，且系统短路容量很大，导致在供电网的不同故障点发生短路故障时其故障电流并没有很明显的区别，如在图1中K1或K2处故障时，故障电流相差并不大，所以依据故障电流大小来设定保护定值并形成上下级保护配合很困难，这就导致井下故障时经常发生越级跳闸的现象，如K1处故障时，保护1、2、3等都可能越级跳闸，给井下供电带来很大的危害，也给井下的安全生产带来很大的隐患。
在电力系统的继电保护应用中，如果电缆两侧之间的保护装置之间可以建立直接联系的保护通道，如光纤通道、高频通道等，就可以采取光纤差动、纵联差动等其他较过流保护更先进的保护原理来解决越级跳闸问题。但是，在井下实际应用中，由于保护测控装置安装在高爆开关中，高爆开关防爆性、密封性很强，目前使用的各保护之间都无法通过光纤通道直接交换数据或者信号，井下也不具备高频通道，目前一般都仅预留电信号的接口。
发明内容
 本发明所要解决的技术问题是，如何构建井下变电所各保护之间独特的信号传送通道及信号传递方式，使得上下级变电站之间的矿用保护能可靠传递闭锁信号、失灵信号、联络信号等，实现不同变电所保护之间的相互配合，从而解决由各孤立的保护所引起的越级跳闸问题，提高井下供电可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在每个变电所配置一套矿用保护收发通信机, 变电所内的各保护装置用差分信号输出至矿用保护收发通信机，矿用保护收发通信机将电信号转换为光信号送至对侧的矿用保护收发信机，对侧变电所的矿用保护收发信机将光信号再转换为电差分信号输入至本变电所的保护装置；
2)当某一处发生故障时，最靠近故障点的保护依次往上级开关的相应保护装置发送保护闭锁信号，上级保护收到闭锁信号后其反向闭锁式快速过流保护不会动作，而最靠近故障点的保护装置由于没有收到相应闭锁信号，由反向闭锁式快速过流保护快速切除故障。
3）当最靠近故障点的保护或开关拒动时，快速向上级保护发送保护失灵信号，上级保护收到失灵信号后启动失灵保护，同时判断到自身检测到的故障电流超过了反向闭锁式快速过流保护的定值，即认为是故障发生在下一级保护区域同时下一级保护拒动，需要由本级失灵保护动作，切除故障。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：在步骤1）中，当信号传递通道发生故障时，保护装置可以通过相互的联络信号检测到这种情况，此时反向闭锁式快速过流保护失效，发出告警信号，提示维护人员处理，同时保护装置自动启动闭锁失效式紧急过流保护，所述闭锁失效式紧急过流保护在通道完好的情况下为无效，闭锁失效式紧急过流保护的保护定值按照该线路发生短路时故障电流的大小设定，同时设定一个较短的保护延时，比如150ms，保护延时的时间小于地面变电所的后备过流时间，考虑到多级变电所之间通道同时发生故障的概率较小，所以该闭锁失效式紧急过流保护不存在上下级保护配合的问题。即在该线路发生故障时，由该保护短延时切除故障，其他点发生故障时，仍然由反向闭锁式快速过流保护切除故障，从而仍可以防止越级跳闸的发生。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：矿用保护收发通信机包括模板，所述模板具有第一、第二、第三插槽，所述第一插槽与用以接收本级变电所输出侧各保护装置信号并向本级变电所输入侧保护装置发送信号的第一处理板件相配，所述第二插槽与用以接收下级变电所信号并向上级变电所发送信号的第二处理板件相配，所述第三插槽与用以仅接收下级变电所信号的第三处理板相配。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：所述第一处理板件包括两个差分信号合成模块，所述各差分信号合成模块具有多个差分信号输入端和一个差分信号输出端；所述各差分信号输入端或输出端分别与本级变电所各保护装置连接。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：所述第二处理板件包括光电信号收发模块，所述光电信号收发模块具有差分信号输入端、差分信号输出端、光纤信号输入端、及光纤信号输出端；所述各差分信号输入端或输出端分别与本级变电所各保护装置连接；所述各光纤信号输入端与下级变电所的第二处理板件连接；所述各光纤信号输出端与上级变电所的第二处理板件或第三处理板件连接。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：所述第三处理板件包括光电信号转换模块，所述光电信号转换模块具有光纤信号输入端和差分信号输出端；所述光纤信号输入端与下级变电所的第二处理板件连接；所述差分信号输出端与本级变电所的保护装置连接。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：各变电所的各保护装置之间通过编解码方式传递多个联络信号。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：用1：1：1等比例宽度的编码信号表示反向闭锁式快速过流保护信号，采用1:2比例宽度的编码信号表示闭锁失效式紧急过流保护信号，采用2:2等比例宽度的编码信号表示通道监视联络信号。
一种防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在每个变电所配置一套矿用保护收发通信机, 变电所内的各保护装置用差分信号输出至矿用保护收发通信机，矿用保护收发通信机将电信号转换为光信号送至对侧的矿用保护收发信机，对侧变电所的矿用保护收发信机将光信号再转换为电差分信号输入至本地变电所的保护装置，通过这种方式构建不同变电所之间的信号传递通道；
2)当某一处发生故障时，最靠近故障点的保护依次往上级开关的相应保护装置发送保护闭锁信号，上级保护收到闭锁信号后其反向闭锁式快速过流保护不会动作，而最靠近故障点的保护装置由于没有收到相应闭锁信号，由反向闭锁式快速过流保护快速切除故障。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：当最靠近故障点的保护或开关拒动时，快速向上级保护发送保护失灵信号，上级保护收到失灵信号后，即启动失灵保护，结合自身的过电流逻辑做出判断，快速跳闸，切除故障。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：当步骤1所述的信号传递通道发生故障时，保护装置可以通过相互的联络信号检测到这种情况，此时反向闭锁式快速过流保护失效，发出告警信号，提示维护人员处理，同时保护装置自动启动闭锁失效式紧急过流保护（该保护在通道完好的情况下无效）。该保护定值按照该线路发生短路时故障电流的大小设定，同时设定一个较短的保护延时，比如150ms（原则上比地面变电所的后备过流时间要短）。考虑到多级变电所之间通道同时发生故障的概率较小，所以该闭锁失效式紧急过流保护不存在上下级保护配合的问题。即在该线路发生故障时，由该保护短延时切除故障，其他点发生故障时，仍然由反向闭锁式快速过流保护切除故障，从而仍可以防止越级跳闸的发生。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：矿用保护收发通信机包括模板，所述模板具有第一、第二、第三插槽，所述第一插槽与用以接收本级变电所输出侧各保护装置信号并向本级变电所输入侧保护装置发送信号的第一处理板件相配，所述第二插槽与用以接收下级变电所信号并向上级变电所发送信号的第二处理板件相配，所述第三插槽与用以仅接收下级变电所信号的第三处理板相配。
进一步地，所述第一处理板件包括两个差分信号合成模块，所述各差分信号合成模块具有多个差分信号输入端和一个差分信号输出端；所述各差分信号输入端或输出端分别与本级变电所各保护装置连接。
进一步地，所述第二处理板件包括光电信号收发模块，所述光电信号收发模块具有差分信号输入端、差分信号输出端、光纤信号输入端、及光纤信号输出端；所述各差分信号输入端或输出端分别与本级变电所各保护装置连接；所述各光纤信号输入端与下级变电所的第二处理板件连接；所述各光纤信号输出端与上级变电所的第二处理板件或第三处理板件连接。
进一步地，所述第三处理板件包括光电信号转换模块，所述光电信号转换模块具有光纤信号输入端和差分信号输出端；所述光纤信号输入端与下级变电所的第二处理板件连接；所述差分信号输出端与本级变电所的保护装置连接。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：各变电所的各保护装置用编解码方式传递多个联络信号。
前述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：用1：1等比例宽度的编码信号表示反向闭锁式快速过流保护信号，采用1:2比例宽度的编码信号表示保护失灵信号，采用2:2等比例宽度的编码信号表示通道监视联络信号。
本发明所达到的有益效果: 采用本发明，不同变电所之间采用光纤信号通信，而同一变电所内部采用差分信号传递信号，既解决了光信号无法直接接入保护装置的问题，又在最大程度上避免了现场的电磁干扰影响，为不同变电所之间的保护装置建立了高速可靠的联络通道，使得更先进的保护原理得以在井下保护装置中得到了应用。同时，采用编解码方式传递联络信号，比单一电平的信号具有更高的可靠性，而且对联络通道的监视功能也提高了可靠性。本发明通过多保护间的相互配合，解决了井下供电系统长期普遍存在的越级跳闸问题，大大改善了井下供电网的安全性。
附图说明
图1为现有的矿用井下保护装置组网示意图；
图2为本发明实施例的组网示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
一、构建上下级变电所之间的联络通道
每个变电所配置一套矿用保护通信机。一般来讲，下级变电所的进线开关需要和上级变电所的出线开关形成保护配合。进线开关矿用保护装置输出一对差分信号接点给光电转换模块，光电转换模块将收到的电信号转换为光信号通过光纤通道传送到上级变电所的光电转换模块，对侧的相应模块收到光信号后再将其转换为差分信号，并将其输入该上级变电所相应的出线开关矿用保护装置。该方式破解了光纤信号无法直接接入防爆开关的难题，构建了完整的保护通道。
二、保护装置用编解码方式传递多个联络信号
由于保护装置仅仅输出一对信号接点，为了用一对接点传递多个信号，本发明设计了一种保护装置适用的编解码方法来传递联络信号。
为了提高保护的实时性效果，信号的传递时间一般要求尽可能的短，本发明中保护装置采用photoMos继电器发出联络信号。该继电器动作时间非常快速，误差可控制在1ms左右，适合于编码控制。解码时保护装置采用边界裕度控制法，对连续几个编码信号进行解码，保证准确可靠的得到保护联络信号。
信号1：反向闭锁式快速过流保护对应的保护闭锁信号：下级变电所的保护装置检测到故障在下侧时，需要往对侧上级变电所发送闭锁信号，此时连续发送1：1等比例宽度的编码信号（高电平、低电平都是5ms宽度），对侧保护接收到1-1-1方式连续变化的编码信号即认为收到闭锁信号，如果下级保护认为自身的保护拒动，则需要改发送其他的脉冲信号（比如拒动信号2）；
信号2：失灵保护对应的失灵启动信号：下级变电所的保护装置检测到保护或者开关拒动时，需要往对侧发送保护失灵信号，让对侧保护动作切除故障，此时采用1:2比例宽度的编码信号（高电平持续5ms，低电平持续10ms），对侧保护接收到1-2-1方式变化的编码信号即认为收到保护失灵信号；
信号3：通道监视联络信号：下级变电所的保护装置每隔一段固定的时间（在无保护故障发生的情况下），起动和对侧保护之间的联络信号，以监视保护信号通道是否完好。此时采用2:2等比例宽度的编码信号（高电平、低电平都持续10ms的宽度），对侧保护接收到2-2-2方式变化的编码信号即认为通道完好。如果在规定的时间之内未能收到该信号则发出通道告警信号，认为通道失效，启动闭锁失效式紧急过流保护。
三、解决越级跳闸的保护实现方案
保护装置配置如下保护功能：反向闭锁式快速过流保护、闭锁失效式紧急过流保护、后备过流保护、失灵保护等。
当故障时，最靠近故障点的保护依次往上级开关的相应保护装置发送保护闭锁信号，上级保护收到闭锁信号后其反向闭锁式快速过流保护不会动作，而最靠近故障点的保护装置由于没有收到相应闭锁信号，由反向闭锁式快速过流保护快速切除故障；
当最靠近故障点的保护或开关拒动时，快速向上级保护发送保护失灵信号，上级保护收到信号后，结合自身的过电流逻辑判断，快速跳闸，切除故障；
当联络通道故障时，反向闭锁式快速过流保护失效，发出告警信号，提示维护人员处理，同时保护装置自动启动闭锁失效式紧急过流保护，此时依靠保护定值的配合来防止越级跳闸；
后备过流保护主要考虑各种情况下快速保护没有动作时，作为一个延时的后备过流保护，同时考虑其他过负荷等情况。
如图1所示，每个变电所配置一个矿用保护收发信机，变电所内的保护之间的信号传递采用差分信号合成，如M2-1…..M2-N的信号输入后合成一个输出至MM2-0；而变电所之间的保护信号传递则采用光电转换的方式实现，如保护M2-0用差分信号输出至矿用保护收发信机，然后将电信号转换为光信号，送至对侧的矿用保护收发信机，再转换为电差分信号输入至保护M1-1。
当K4点发生故障时，对保护装置M2-0和M1-1来讲都是区外故障，保护不应该动作。此时保护M2-1检测到故障点位于保护之后，可快速发出的闭锁信号给保护M2-0，使得M2-0的反向闭锁式快速过流保护不会动作。同理，保护M2-0也通过矿用保护收发信机发闭锁信号给保护M1-1，使其不会误动。而对于保护M2-1装置本身而言，其不会收到对侧保护M3-0的闭锁信号，反向闭锁式快速过流保护可以快速切除故障。其他位置发生故障时（如K3、K2点），保护原理同上所述。
这样，区外故障时就通过闭锁信号的快速传送闭锁快速保护，当区内故障时，没有接收到闭锁信号，联络线保护就可以快速跳闸，从而解决了井下供电系统长期普遍存在的越级跳闸问题。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在每个变电所配置一套矿用保护收发通信机, 变电所内的各保护装置用差分信号输出至矿用保护收发通信机，矿用保护收发通信机将电信号转换为光信号送至对侧的矿用保护收发信机，对侧变电所的矿用保护收发信机将光信号再转换为电差分信号输入至本变电所的保护装置；
2)当某一处发生故障时，最靠近故障点的保护依次往上级开关的相应保护装置发送保护闭锁信号，上级保护收到闭锁信号后其反向闭锁式快速过流保护不会动作，而最靠近故障点的保护装置由于没有收到相应闭锁信号，由反向闭锁式快速过流保护快速切除故障；
3）当最靠近故障点的保护或开关拒动时，快速向上级保护发送保护失灵信号，上级保护收到失灵信号后启动失灵保护，同时判断到自身检测到的故障电流超过了反向闭锁式快速过流保护的定值，即认为是故障发生在下一级保护区域同时下一级保护拒动，需要由本级失灵保护动作，切除故障，
在步骤1）中，当信号传递通道发生故障时，保护装置通过相互的联络信号检测到故障，此时反向闭锁式快速过流保护失效，发出告警信号，提示维护人员处理，同时保护装置自动启动闭锁失效式紧急过流保护，闭锁失效式紧急过流保护在通道完好的情况下为无效，闭锁失效式紧急过流保护的保护定值按照所在线路发生短路时故障电流的大小设定，同时设定一个保护延时，保护延时的时间小于地面变电所的后备过流时间，在某一线路发生故障时，由保护短延时切除故障，其他点发生故障时，仍然由反向闭锁式快速过流保护切除故障，从而防止越级跳闸的发生。
2.根据权利要求1所述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：矿用保护收发通信机包括模板，所述模板具有第一、第二、第三插槽，所述第一插槽与用以接收本级变电所输出侧各保护装置信号并向本级变电所输入侧保护装置发送信号的第一处理板件相配，所述第二插槽与用以接收下级变电所信号并向上级变电所发送信号的第二处理板件相配，所述第三插槽与用以仅接收下级变电所信号的第三处理板相配。
3.根据权利要求2所述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：所述第一处理板件包括两个差分信号合成模块，所述各差分信号合成模块具有多个差分信号输入端和一个差分信号输出端；所述各差分信号输入端或输出端分别与本级变电所各保护装置连接。
4.根据权利要求3所述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：所述第二处理板件包括光电信号收发模块，所述光电信号收发模块具有差分信号输入端、差分信号输出端、光纤信号输入端、及光纤信号输出端；所述各差分信号输入端或输出端分别与本级变电所各保护装置连接；所述各光纤信号输入端与下级变电所的第二处理板件连接；所述各光纤信号输出端与上级变电所的第二处理板件或第三处理板件连接。
5.根据权利要求3所述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：所述第三处理板件包括光电信号转换模块，所述光电信号转换模块具有光纤信号输入端和差分信号输出端；所述光纤信号输入端与下级变电所的第二处理板件连接；所述差分信号输出端与本级变电所的保护装置连接。
6.根据权利要求1所述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：各变电所的各保护装置之间通过编解码方式传递多个联络信号。
7.根据权利要求1所述的防止矿井供电系统越级跳闸的方法，其特征在于：用1：1：1等比例宽度的编码信号表示反向闭锁式快速过流保护信号，采用1:2比例宽度的编码信号表示闭锁失效式紧急过流保护信号，采用2:2等比例宽度的编码信号表示联络信号。
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SU1453519A1 (ru) * 1986-08-11 1989-01-23 Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности "Гипроуглеавтоматизация" Устройство дл защиты от токов короткого замыкани сети шахты с односторонним питанием и секционированной коммутационными аппаратами
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井下高压电网防越级跳闸系统研究;张根现等;《煤矿机电》;20090228(第2期);56-58 *
张根现等.井下高压电网防越级跳闸系统研究.《煤矿机电》.2009,(第2期),56-58.

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