CN102306928B - 矿用光纤纵联越级跳闸保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种矿用光纤纵联越级跳闸保护装置及方法，属于井下供电系统输电线路的继电保护装置及方法。该跳闸保护的装置为光纤纵联保护装置，光纤纵联保护装置安装在每一个变电所内，每一个光纤纵联保护装置之间通过系统总线连接；光纤纵联保护装置的CPU主板与信号处理模块、人机接口和光纤通信模块双向通信连接，电源模块与CPU主板、信号处理模块、人机接口和光纤通信模块连接；所述的人机接口包括液晶显示屏、键盘和红外遥控器；所述的光纤通信模块包括单模光纤接口和多模光纤接口。优点：本发明具备紧急瞬时速断保护、限时速断保护、过流保护功能，解决井下常见的越级跳闸难题，把故障限制在最小范围。能够替代传统的模拟保护器和微机保护器。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下供电系统输电线路的继电保护装置及方法，特别是一种矿用光纤纵联越级跳闸保护装置及方法。
背景技术
供电系统是井下生产的动力来源，而输电线路是其重要的组成部分。供电系统的安全不仅仅关系到生产，也关系到井下工作人员的安全。目前井下供电电压不断升高，部分矿井6kV高压直接给综采面供电，由于综采面工作条件差，环境恶劣，带来的安全问题也日益突出，高压电缆很容易受损，易发生漏电或短路事故，进而引起高防开关越级跳闸。
由于井下环境的特殊性，输电线路故障时，如不能及时切除或者误切除，都会对整个供电系统造成较大的影响，甚至造成重大事故。供电线路保护装置担负保障井下输电安全的重要任务，井下供电系统同地面供电系统一样，对保护装置基本的要求要具备选择性、快速性、灵敏性和可靠性。可靠性不仅仅是保护的可靠性，也包括保护器自身的可靠性。从保证生产角度讲，选择性是保护装置最基本的要求，选择性要求保护器在动作时，只切除故障部分，减少停电范围，而且容易查找故障发生的位置。
由于井下供电线路均采用铜线，而且各级变电所之间线路很短，线路阻抗很小，从而造成发生短路故障时，各级间短路电流几乎没有差别，这样每一级的继电保护装置就不能够准确的判断故障是否发生在自己的保护区域内，同时由于煤矿供电网络的特殊要求如下级保护应比上级保护的时限要小，如果前一级变电所进线保护时限已经很小了，这样下一级保护装置的就无法进行保护整定，传统的通过时差来进行选择性保护的方法就行不通了。如果整定保护时限太大，继电保护系统就丧失了快速性，不能够及时切除故障；整定保护时限太小，一旦末段线路出现故障，就会引发越级跳闸保护，一旦越级跳闸发生，会造成井下停电范围的扩大，轻则造成停产，重则发生重大事故。如果越级跳到中央变电所甚至是地面主变，整个生产系统将瘫痪。
发明内容
本发明的目的是要提供一种矿用光纤纵联越级跳闸保护装置及方法，解决现有井下保护装置存在的越级跳闸的问题，保证供电系统正常运行的安全和故障时的快速切除故障。
本发明的目的是这样实现的：该跳闸保护的装置为光纤纵联保护装置，光纤纵联保护装置安装在每一个变电所内，每一个光纤纵联保护装置之间通过系统总线连接；
光纤纵联保护装置包括电源模块、信号处理模块、CPU主板、人机接口、光纤通信模块、液晶显示屏、键盘、红外遥控器、单模光纤接口、多模光纤接口；CPU主板与信号处理模块、人机接口和光纤通信模块双向通信连接，电源模块与CPU主板、信号处理模块、人机接口和光纤通信模块连接；所述的人机接口包括液晶显示屏、键盘和红外遥控器；所述的光纤通信模块包括单模光纤接口和多模光纤接口。
越级跳闸保护方法：通过方向比较式纵联保护，利用光纤传输闭锁信号，综合比较本线路各端保护的故障方向判别其信息以确定故障区间，故障区间分为本线路内部和外部故障，本线路内部故障时，纵联保护动作，外部故障时，纵联保护不动作；在各级变电所内配置光纤纵联保护装置，每一级变电所之间构成一个区域，光纤纵联保护装置对区域内短路故障零时限跳闸，对区域外故障保护可靠不动作；在线路终端负荷侧配置速断/过流保护，对短路故障实现零时限切除；对于电机保护，进行定时限过载保护、反时限过流保护、电机起动定值切换保护、低电压保护、过电压保护、负序保护。
有益效果，由于采用了上述方案，能够解决现有井下保护装置存在的越级跳闸的问题，保证供电系统正常运行的安全和故障时的快速切除故障。本发明同时具备紧急瞬时速断保护、限时速断保护、过流保护（过载保护）功能，其中紧急瞬时速断保护可在光缆遭到破坏的情况下投入使用，限时速断保护、后备过流保护（过载保护）可一直投入使用。本发明的矿用光纤纵联越级跳闸保护装置及方法，适用于10kV及以下电压等级的井下供电系统，解决井下常见的越级跳闸难题，把故障限制在最小范围。对于供电系统的各种故障也能够及时检测、报警和保护，能够替代传统的模拟保护器和微机保护器。
附图说明
图1是光纤纵联保护装置连接图。
图2是光线纵联保护配置示意图。
图中，1、电源模块；2、信号处理模块；3、CPU主板；4、人机接口；5、光纤通信模块；6、晶显示屏；7、键盘；8、红外遥控器；9、单模光纤接口；10、多模光纤接口；11、光纤纵联保护装置。
具体实施方式
实施例1：本发明的目的是这样实现的：该跳闸保护的装置为光纤纵联保护装置，光纤纵联保护装置安装在每一个变电所内，每一个光纤纵联保护装置之间通过系统总线连接；光纤纵联保护装置包括电源模块1、信号处理模块2、CPU主板3、人机接口4、光纤通信模块5、液晶显示屏6、键盘7、红外遥控器8、单模光纤接口9和多模光纤接口10，CPU主板3与信号处理模块2、人机接口4和光纤通信模块5双向通信连接，电源模块与CPU主板3、信号处理模块2、人机接口4和光纤通信模块5连接；所述的人机接口4包括液晶显示屏6、键盘7和红外遥控器8；所述的光纤通信模块5包括单模光纤接口9和多模光纤接口10。电源模块1为整个装置供电，取自电压互感器副边；信号处理模块2对电压信号和电流信号进行变送、转换、传输，并将电压信号和电流信号的信号强度转换到微处理器处理的信号等级范围内；CPU主板3对信号处理模块2送来的数据进行处理，根据处理结果对供电线路是否故障进行判断，与其他光纤纵联保护装置进行通讯以及故障时进行快速保护，并把采集的数据送给人机接口4中的液晶显示屏；所述的人机接口4主要包括液晶显示屏6、键盘7和红外遥控器8，液晶显示屏6显示测量和计算的系统参数以及所发生的故障，键盘7向CPU主板3发出指令，调看当前系统参数、故障记录、操作记录、设定参数，红外遥控器8进行远程操作；光纤通信模块5是光纤纵联保护装置之间进行通讯的接口，对CPU主板3上微处理器发送的信息进行电光转换，对于接收的信息进行光电转换；所述的光纤通信模块5包括两种接口，分别是单模光纤接口9和多模光纤接口10，用于连接不同的光纤。
所述的CPU主板3采用双处理器，能够完成保护，实现遥测、遥信、遥控功能， CPU主板3有多种通讯接口，同时还带有掉电保持电池，保证在系统供电故障后光纤纵联保护装置继续工作一段时间；CPU主板3上的高精度A/D采样模块实时采集三相电压和电流参数；实时显示供电系统的相电压、线电压、零序电压、线电流、相电流、零序电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率的供电系统参数信息。
越级跳闸保护方法：通过方向比较式纵联保护，利用光纤传输闭锁信号，综合比较本线路各端保护的故障方向判别细信息以确定故障区间，故障区间分为本线路内部和外部故障，本线路内部故障时，纵联保护动作，外部故障时，纵联保护不动作；在各级变电所内配置光纤纵联保护装置，每一级变电所之间构成一个区域，光纤纵联保护装置对区域内短路故障零时限跳闸，对区域外故障保护可靠不动作；在线路终端负荷侧配置速断/过流保护，对短路故障实现零时限切除；对于电机保护，进行定时限过载保护、反时限过流保护、电机起动定值切换保护、低电压保护、过电压保护、负序保护。
图2为煤矿的一条供电支路，在所有负荷终端线路的光纤纵联保护装置都设定无时限速断保护和8S过负荷，在其上一级直到供电系统进线端线路的光纤纵联保护装置均设定无时限光纤纵联保护、0.2S限时速断保护和8S过负荷保护。当中央变电所2进线侧光纤纵联保护装置检测出发生故障时，光纤纵联保护装置把闭锁信号转换成光信号传递到上级变电所，上级变电所的光纤纵联保护装置接收到闭锁信号,从而闭锁相应开关中的保护；当中央变电所2出线侧光纤纵联保护装置检测到故障时，同样发出闭锁信号，闭锁信号合成后送给上一级光纤纵联保护装置，闭锁相应的保护；中央变电所2出线侧光纤纵联保护装置检测到故障时，发出了闭锁信号，也发出了保护跳闸信号，但是开关出现拒动的时候，上一级光纤纵联保护装置在检测到闭锁信号后150ms后故障没有消除，则加速跳闸；中央变电所2出线侧光纤纵联保护装置检测到故障时，光纤纵联保护装置出现故障而没有发出闭锁信号，直接由上一级光纤纵联保护装置控制相应开关中的速断动作跳闸；当中央变电所2进线以及母线上出现故障时，首先由中央变电所2进线侧光纤纵联保护装置控制相应开关动作切除故障，当中央变电所2进线侧光纤纵联保护装置控制的开关拒动时，该光纤纵联保护装置的上一级光纤纵联保护装置控制其开关加速跳闸。这样对于供电系统的每一级线路都有了相应的保护，在发生故障的时候，故障区域内都有相应的保护动作，如果本区域保护拒动，上一级有相应的保护动作，保证故障线路可靠切除，防止越级跳闸，将停电范围控制在最小。
Claims (1)
1. 一种矿用光纤纵联越级跳闸保护方法，其特征是：越级跳闸保护方法：通过方向比较式纵联保护，利用光纤传输闭锁信号，综合比较本线路各端保护的故障方向判别其信息以确定故障区间，故障区间分为本线路内部和外部故障，本线路内部故障时，纵联保护动作，外部故障时，纵联保护不动作；在各级变电所内配置光纤纵联保护装置，每一级变电所之间构成一个区域，光纤纵联保护装置对区域内短路故障零时限跳闸，对区域外故障保护可靠不动作；在线路终端负荷侧配置速断/过流保护，对短路故障实现零时限切除；对于电机保护，进行定时限过载保护、反时限过流保护、电机起动定值切换保护、低电压保护、过电压保护、负序保护；
发生短路故障时具体的保护方法：
1）中央变电所（2）进线侧光纤纵联保护装置检测出故障，光纤纵联保护装置把闭锁信号转换成光信号传递到上级变电所，上级变电所的光纤纵联保护装置接收到闭锁信号,从而闭锁相应开关中的保护；
2）中央变电所（2）出线侧光纤纵联保护装置检测到故障，同样发出闭锁信号，送给上一级即进线侧光纤纵联保护装置，闭锁相应的保护；同时也发出了保护跳闸信号使出线侧开关跳闸；
3）当下级开关出现拒动的时候，上一级即进线侧光纤纵联保护装置在检测到闭锁信号并延时150ms后检测故障没有消除，则加速跳闸；
4）当中央变电所（2）出线侧光纤纵联保护装置检测到故障，如光纤纵联保护装置出现故障而没有发出闭锁信号，直接由上一级即进线侧光纤纵联保护装置控制相应开关中的速断动作跳闸。
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