CN103078304B - 一种用于煤矿的配电网保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于煤矿的配电网保护方法，包括以下步骤：若配电网内任意区段发生短路，则分别由离故障区段最近的上级开关主保护检出故障出口跳闸，若在到达该主保护跳开故障开关的固有动作时间后，故障电流仍存在，表明该故障开关拒动；之后，紧邻故障开关的上级开关的智能后备保护直接出口跳闸，切除故障。本发明的有益效果是：通过对各级线路的电流情况进行判断，来保证任意一级开关拒动时，上级保护的后备保护无时延驱动跳闸，有效地缩短了故障开关拒动时，上级开关的保护切除故障的时间，更有利于故障的快速切除，有利于保障整个电网的安全。

Description

一种用于煤矿的配电网保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统后备保护技术领域，尤其涉及一种用于煤矿的配电网保护方法。

背景技术

电力保护是一种在电力系统中当电气设备故障或不正常的工作情况，而作用于系统内开关跳闸的电工应用技术，又称为继电保护。在树形配电网中，某下级继电保护装置所保护的线路处发生短路故障，因供电线路距离短或继电保护装置灵敏性不够的原因，其上级所有的继电保护装置都可能检测到短路电流而发生误跳现象称为越级跳闸。在电力系统供电中，越级跳闸是困扰电力系统多年的难题，经常发生越级跳闸的现象，越级跳闸发生后往往需要长时间的故障排查来恢复送电。

另外，上述的直接切除故障线路的保护技术又称为主保护，与之相区别的是电力后备保护。后备保护是在电力系统中各种电力设备上必备的一种保护，按其实现方式的不同分为：近后备保护和远后备保护；按其故障判别原理的不同分为：电流型后备保护和距离(也称阻抗)型后备保护。电力后备保护的作用是当被保护元件的主保护拒动或相邻元件的保护及开关拒动时，通过后备保护动作来切除事故，以达到将电力事故控制在尽可能小的范围内的目的。各电力后备保护的故障判别是根据在其被保护的元件所测量到的电流或阻抗值与一个整定的数值进行比较的结果来决定是否启动，而各电力后备保护的动作出口跳闸顺序是按照时间级差进行配合的，以保证电力后备保护的选择性。也就是说，现有电力后备保护的故障判别和动作跳闸只是根据各自所保护的元件的故障测量信息和动作延时来决定的，其动作延时是靠阶梯形时间级差进行配合的，最末端后备保护的动作时限最短，最上一级后备保护的动作时限最长，也就是说所以越靠近电源部分的电力元件的保护动作时间越长，造成了靠近电源部分的故障不能很快切除，容易给给电力系统造成了巨大损失，因此无法满足电力系统对保护快速性的要求。

发明内容

本发明实施例的目的是针对现有技术结构上的缺点，提出一种用于煤矿的配电网保护方法，通过各级区段内继电保护装置监控全网情况，并通过继电保护装置之间的故障信息交换与协商，来保证任意一级主保护拒动时，能够零时延的进行后备保护，实现了全网速断。

为了达到上述发明目的，本发明提出的一种用于煤矿的配电网保护方法是通过以下技术方案实现的:

一种用于煤矿的配电网保护方法，所述配电网内的各开关均设置继电保护装置，其特征在于，所述开关中的联络开关和进线开关设置的是被接入通讯网络中第一继电保护装置；该保护方法包括以下步骤：

步骤a.所述配电网的任意位置发生短路时，检测到过流的各第一继电保护装置分别向其它第一继电保护装置发送过流信息；各第一继电保护装置接受上级以及下级第一继电保护装置传送的过流信息；

步骤b.各联络开关和进线开关分别判断是否是区内故障：

若自身检测到过流且未收到对端开关的过流信息的，判断为区内故障，立即跳闸并向上级开关发送跳闸信息；

若自身未检测到过流且收到对端开关的过流信息的，判断为区内故障并立即跳闸；

若自身检测到过流且收到对端开关的过流信息的，或者自身未检测到过流且未收到对端开关的过流信息的，判断为区外故障，在此区外故障情况下，则还继续执行步骤c：检测到过流的进线开关，若不存在下级联络开关的，自过流发生起延时t1后自身仍然存在过流，则跳闸；

检测到过流的进线开关，若存在下级联络开关的，自过流发生起延时t1后未收到下级联络开关的过流信息或跳闸信息，则立即跳闸并向上级联络开关发送跳闸信息；

以及，步骤b和步骤c中收到跳闸信息的各进线开关和联络开关，自收到跳闸信息起延时t2后，若仍然过流则立即跳闸；

所述t1的取值范围为100-200ms，所述t2的取值范围为70-170ms，且t1大于进一步优选的，所述保护方法还包括如下步骤，所述的联络开关和进线开关还分别判断：自过流发生起，在到达各自的预设时间后是否仍存在过电流，若存在，则立即跳闸；且位于同一区段内的各联络开关和进线开关的预设时间相同，由最末端区段起各级区段的预设时间依次为T₁、T₂…T_n，所述T_n为T_n-1+100ms至T_n-1+200ms,T₁的取值范围为150ms至250ms，且T1大于t1。

t2。

在本发明的具体实施例中：

所述t1为150ms，t2为120ms。

T₁为200ms，所述T_n＝T_n-1+150ms。

对于以上技术方案中出现的技术术语“对端开关”和“区内故障”，在此特定义如下：在现有技术中，树形网络的配电网包括多级变电所，任意的两个构成上下级关系的变电所之间均级联有一联络开关和一进线开关，此联络开关和进线开关之间具有联络线。因此，具有这样对应关系的联络开关和进线开关之间互为对端开关，也就是说对于任意一个联络开关或进线开关而言，其连接的联络线的另一端的开关既为对端开关。而仅当有联络线发生故障时，对于此联络线两端的联络开关和进线开关而言是区内故障，因此区内故障的一个典型表征就是互为对端的联络开关和进线开关存在差电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过各级区段内继电保护装置监控全网情况，并通过第一继电保护装置之间的故障信息交换与协商，来保证任意一级主保护拒动时，能够零时延的进行后备保护，实现了全网零秒速断，由此灵敏可靠地切除电力事故，提高电力后备保护的快速性和灵敏度，以满足电力系统对各元件的后备保护的要求。本方法通过无主通信结构，自主协商判断故障区段，通信故障影响面小，整体可靠性高，实现与电流互感器精度无关的零秒纵差保护，彻底避免了越级跳闸的发生，彻底解决拒动问题。

同时本发明所提供的用于煤矿的配电网保护方法在应用于煤矿电网时，可就地安装，不破坏开关的隔爆性能，实现与原先煤矿电网的无缝接入。所利用到的系统结构简单，容易维护，容易扩展，适应井下开关移动性大的特点。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例电网结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1所示，标号分别表示：

变电所：a、b、c、d、e、f；

联络开关:0X0101、0X0202、0X0203、0X0204、0X0402、0X0403；

进线开关：0X0201、0X0301、0X0401、0X0701、0X0801；

出线开关：0X0802；

交换机KJ。

如图1所示，本实施例中提供一种用于煤矿的配电网，该配电网为树形网络，主要包括地面变电所(图中所示的变电所a)、中央变电所(图中所示的变电所b)、采区变电所(图中所示的变电所c、d)和硐室(图中所示的变电所e、f)组成，该配电网的具体形式同已有技术的配电网相同，其上仍然按照行业要求如已有技术方式设置联络线、联络开关(0X0101、0X0202、0X0203、0X0204、0X0402、0X0403)、进线开关(0X0201、0X0301、0X0401、0X0701、0X0801)、出线开关(0X0802)等。另外，上述的各开关均设置有继电保护装置。由于这种配电网形式为本领域技术人员习见手段，故在此不再赘述。

不同于现有技术的是，在本实施例中各联络开关和进线开关上设置的是第一继电保护装置(或称微机继电保护器)。这些第一继电保护装置具有高速工业网接口，通过高速总线(双绞线)连起来接入交换机KJ中，所有交换机KJ通过数据线(如光缆)连起来构成冗余环网，以此构建成高速工业通信网，该通信网采用广播方式通信，每一第一继电保护装置为一通信节点，任意一通信节点可主动的向网络发送数据。各第一继电保护装置具有快速运算、快速逻辑判断的能力，在全网发生故障收到其他第一继电保护装置节点传送过来信息的期间能做出正确的故障判断。需要注意的是，在该通讯网中，各第一继电保护装置中设置有系统上下级拓扑关系。通过这样的功能，第一继电保护装置实现级联纵差保护、母差保护、智能后备保护和过流保护的功能，以下将结合保护方法的具体步骤对于上述的各种功能进行详细描述。

而由于出线开关数量过多，且矿下环境复杂，因此为简化系统构成，本实施例中出线开关上配置的是第二继电保护装置，第二继电保护装置具有过流保护，且不具有网络通讯的功能，因此第一继电保护装置无法直接的获得第二继电保护装置的工作状态信息。

在上述配电网的基础上，本实施例所提供的用于煤矿的配电网保护方法的具体步骤如下：

步骤a.各开关持续监测配电网内各区段的电流，若无故障发生，各联络开关和进线开关周期性的向网络发送平安帧；若任意区段发生短路，则执行步骤b，否则，继续执行步骤a；

步骤b.检测到过流的各联络开关和进线开关自发生过流时刻其开始计时，并分别通过网络向其它第一继电保护装置发送过流信息。同时，各第一继电保护装置接受上级以及下级第一继电保护装置传送的过流信息。

步骤c.各联络开关和进线开关分别判断是否是区内故障。

判断为区内故障的条件以及区内故障的处置方式：

若一个第一继电保护装置自身检测到过流且未收到对端开关的过流信息的，判断为区内故障，由于联络开关和进线开关的对应关系，这种情况仅会发生在联络开关上，该联络开关立即跳闸并向上级进线开关发送跳闸信息。之后该联络开关返回步骤a，继续监测所在区段的电流。

若一个第一继电保护装置自身未检测到过流且收到对端开关的过流信息的，判断为区内故障。这种情况仅会发生在进线开关上，该进线开关立即跳闸。之后该联络开关返回步骤a，继续监测所在区段的电流。

上述的跳闸方法也就是第一继电保护装置的级联纵差保护，主要用于联络线故障时的处理。具体的说当任意一个第一继电保护装置判断出本端和对端开关之间的差电流为短路电流时，其立即动作隔离短路的级联线路，这种跳闸方式也就是级联纵差保护。

判断为区外故障的条件：

若一个第一继电保护装置自身检测到过流且收到对端开关的过流信息的，或者自身未检测到过流且未收到对端开关的过流信息的，这种情况判断为区外故障。判断为区外故障的第一继电保护装置执行下一步骤d。

步骤d.判断为区外故障的各联络开关和进线开关处置方式。

1、对于检测到过流的进线开关：

若其不存在下级联络开关的，直接启动智能后备保护：自过流发生起延时t1后，判断是否仍然存在过流，若存在，则说明其下级出线开关的第二继电保护装置拒动，立即出口跳闸，之后返回步骤a；若不存在过流，则说下级开关切除成功，返回步骤a，继续监测所在区段的电流。。

若其存在下级联络开关的，直接启动母差保护：假如自过流发生起延时t1后，未收到任意一个下级联络开关的过流信息或跳闸信息的，说明故障发生在其和下级联络开关之间的母线上，立即跳闸，并向上级联络开关发送跳闸信息，之后返回步骤a，继续监测所在区段的电流；如在t1时间内收到下级联络开关过流信息或跳闸信息的，则说明故障未发生在其连接的母线上，返回步骤a。

2、对于收到跳闸信息的各联络开关和进线开关：

各进线开关和联络开关在步骤c和步骤d中收到下级开关发送的跳闸信息的，启动智能后备保护：自收到跳闸信息起延时t2后，若仍然过流，则说明其下级开关的第一继电保护装置拒动，立即跳闸，之后返回步骤a；若不存在过流，则说下级开关切除成功，返回步骤a。

3、未在以上1、2条中约定，且判断为区外故障的其它联络开关和进线开关，诸如：未收到跳闸信息的联络开关、未收到跳闸信息且未检测到过电流的进线开关，说明配电网中发生故障与其无关，直接返回步骤a即可。

由上述方法可知，该保护方法通过各第一继电保护装置之间的故障信息交换与协商，来保证任意一级主保护拒动时，能够零时延的进行后备保护，实现了全网零秒速断，由此灵敏可靠地切除电力事故，提高电力后备保护的快速性和灵敏度，以满足电力系统对各元件的后备保护的要求。

上述保护方法中，若出现主保护拒动、智能后备保护也拒动的状况，或者通信完全中断的情况，会导致配电网无法主动切除故障线路。因此为弥补上述缺陷，本实施例中保护方法还增加了带时限的过流保护步骤，具体方法如下：

所述的联络开关和进线开关还分别判断：自过流发生时刻起，在到达各自的预设时间后是否仍存在过电流，若存在，则立即跳闸。对于此预设时间，在此定义如下,位于同一区段内的各联络开关和进线开关的预设时间相同，由最末端区段起各级区段的预设时间依次为T₁、T₂…T_n。

以上保护方法中，各时限(t1、t2、T₁、T₂…T_n)的选择范围如下：

所述t1的取值范围为100-200ms，所述t2的取值范围为70-170ms。同时，为避免母差保护和智能后备保护相互冲突，t1需要大于t2,

所述T_n为T_n-1+100ms至T_n-1+200ms,T₁的取值范围为150ms至250ms。同时，由于带时限的过流保护为智能后备保护的后备保护方式，因此T1需要大于t1。

在本发明的具体实施例中，t1为150ms，t2为120ms，T₁为200ms，所述T_n＝T_n-1+150ms，即：

联络开关0X0101、进线开关0X0201的过流时限T3为500ms；

联络开关0X0203、联络开关0X0204、进线开关0X0301、进线开关0X0401的过流时限T2为350ms；

联络开关0X0402、联络开关0X0403、进线开关0X0701、进线开关0X0801的过流时限T1为200ms。

以上对于本发明的保护方法的具体实现方法做了详细说明，以下将通过几个具体的故障案例对于上述步骤进行进一步的阐述：

一、终端线故障

参见图1，d3处发生短路：

此时，联络开关0X0101、联络开关0X0204、联络开关0X0402、进线开关0X0201、进线开关0X0401、进线开关0X0801全部感受到短路电流。

通过故障信息交换与协商，联络开关0X0101、联络开关0X0204、联络开关0X0402、进线开关0X0201、进线开关0X0401、进线开关0X0801判断出故障发生在区外，纵差保护闭锁。

进线开关0X0801由于不存在下级联络开关，还判断出其作为故障区段的后备保护，启动智能后备保护。

出线开关0X0802动作跳闸，故障消失。

或者，出线开关0X0802拒动，故障依然存在，延时150ms后，进线开关0X0801的智能后备保护立刻动作切除故障。

如果出线开关0X0802拒动也拒动，或通信完全中断，此时，由带时间级差的过流保护作为后备保护，切除故障。

二、联络线故障

参见图1，d1处发生短路：

此时，联络开关0X0101、联络开关0X0204、进线开关0X0201感受到短路电流；

通过故障信息交换与协商，联络开关0X0101、进线开关0X0201、联络开关0X0402、进线开关0X0801判断出故障发生在区外，纵差保护闭锁；联络开关0X0204、进线开关0X0401判断出故障发生在区内，纵差保护动作立即跳闸，同时联络开关0X0204还向其上级的进线开关0X0201发出跳闸信息；

进线开关0X0201接到跳闸信息后启动智能后备保护；

如果联络开关0X0204拒动，延时120ms后进线开关0X0201的立刻动作跳闸，切除故障线路。

如果联络开关0X0204也拒动，或通信完全中断，纵差保护、智能后备保护等全部被闭锁，此时，由带时间级差的过流保护作为后备保护，切除故障。

三、母线故障

参见图1，d2处发生短路：

此时，联络开关0X0101、联络开关0X0204、进线开关0X0201、进线开关0X0401全部感受到短路电流；

通过故障信息交换与协商，联络开关0X0101、联络开关0X0204、进线开关0X0201、进线开关0X0401均判断出故障发生在区外，纵差保护闭锁；

进线开关0X0201收到联络开关0X0204的过流信息，母差保护锁闭；进线开关0X0401启动母差保护，当其延时150ms后，未收到下级联络开关0X0402、0X0403的过流信息或跳闸信息，判断出故障发生母线上，此时母差保护动作跳闸，并向联络开关0X0204发送跳闸信息；

联络开关0X0204启动智能后备保护；

如果进线开关0X0401拒动，延时150ms后，联络开关0X0204动作跳闸，切除故障；

如果联络开关0X0204也拒动，或通信完全中断，此时，由带时间级差的过流保护作为后备保护，切除故障。

本发明所提供的用于煤矿的配电网保护方法在应用于煤矿电网时，可就地安装，不破坏开关的隔爆性能，实现与原先煤矿电网的无缝接入。所利用到的系统结构简单，容易维护，容易扩展，适应井下开关移动性大的特点。

以上通过实施例对于本发明的发明意图和实施方式进行详细说明，但是本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在上述实施例的指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于煤矿的配电网保护方法，所述配电网内的各开关均设置继电保护装置，所述开关中的联络开关和进线开关设置的是被接入通讯网络中第一继电保护装置；该保护方法包括以下步骤：

步骤a.所述配电网的任意位置发生短路时，检测到过流的各第一继电保护装置分别向其它第一继电保护装置发送过流信息；各第一继电保护装置接受上级以及下级第一继电保护装置传送的过流信息；

步骤b.各联络开关和进线开关分别判断是否是区内故障：

若自身检测到过流且未收到对端开关的过流信息的，判断为区内故障，立即跳闸并向上级开关发送跳闸信息；

若自身未检测到过流且收到对端开关的过流信息的，判断为区内故障并立即跳闸；

若自身检测到过流且收到对端开关的过流信息的，或者自身未检测到过流且未收到对端开关的过流信息的，判断为区外故障，在此区外故障情况下，则还继续执行步骤c：

检测到过流的进线开关，若不存在下级联络开关的，自过流发生起延时t1后自身仍然存在过流，则跳闸；

检测到过流的进线开关，若存在下级联络开关的，自过流发生起延时t1后未收到下级联络开关的过流信息或跳闸信息，则立即跳闸并向上级联络开关发送跳闸信息；

以及，步骤b和步骤c中收到跳闸信息的各进线开关和联络开关，自收到跳闸信息起延时t2后，若仍然过流则立即跳闸；

所述t1的取值范围为100-200ms，所述t2的取值范围为70-170ms，且t1大于t2；其特征在于：所述保护方法还包括如下步骤，所述的联络开关和进线开关还分别判断：自过流发生起，在到达各自的预设时间后是否仍存在过电流，若存在，则立即跳闸；且位于同一区段内的各联络开关和进线开关的预设时间相同，由最末端区段起各级区段的预设时间依次为T₁、T₂…T_n，所述T_n为T_n-1+100ms至T_n-1+200ms,T₁的取值范围为150ms至250ms，且T1大于t1。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿的配电网保护方法，其特征在于：所述t1为150ms，t2为120ms。

3.根据权利要求2所述的一种用于煤矿的配电网保护方法，其特征在于：T₁为200ms，所述T_n＝T_n-1+150ms。