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如果對煤礦井下供電系統的線路進行適當地區域劃分，各區域配置差動保護，各線路保護裝置通過通訊網絡實時傳輸線路信息至上層信息處理中心，當發生故障時，就可以準確地選擇出故障區域，再采用系統中心控制逐級閉鎖的方式，就可以在切除故障區域的同時，防止越級跳閘的發生。

煤礦供電系統差動保護的特點

由于煤礦井下供電系統結構、運行環境等與地面供電線路的不同，使得此時在實現差動保護上具有自身的特點，主要如下:首先，不平衡電流的影響增大，主要由以下幾個方面造成:①煤礦井下供電系統基本全部采用井下電纜構建，系統的對地電容增大，系統故障或者系統空載時，區域內部有較大容性電流，容易造成保護的誤動;②由于煤礦井下供電系統多以負荷為中心，饋出線復雜，且多為網狀分支線路，增加了線路區域，在穩態情況下，大大增加了互感器特性不一致引起的非故障區域誤選擇;③井下用電設備多為大功率電機和移動變壓器，且容量在不斷增大，電壓等級也在逐步提高，大型電機在重載或者內部不平衡故障、大容量變壓器在外部故障切除或者空載時，都會造成很大的不平衡電流，影響差動保護的正常判斷。其次，全網數據的同步性問題。由于系統是在IEC61850基礎上構建的，并且為了滿足不同區域均可配置差動保護的要求，全系統必需采取同步采樣，減少數據不同步造成的不平衡電流的影響。但是煤礦井下供電線路多為串聯的網狀分支，且同級線路長短不一，長的線路可有幾公里，短的僅為幾十米，在采用IEC61850模型構建通訊系統時，即使是采樣保持了同步性，但傳輸和保護主機處理時也不能完全保持全網區域的同步處理，特別是在底端采樣頻率高、網絡通訊擁堵時，這種問題更加明顯。

煤礦供電系統實現差動保護的幾點方法

針對以上出現的問題，結合系統自身特點，參考地面差動保護系統提出以下幾點對策［4－5］:首先，針對系統的容性電流，特別是各區域的零序差動電流，硬件上定時檢測系統電容電流，進行實際的補償，軟件上進行監控補償，保證各區域不平衡電流在要求的數值范圍以下;針對穿越電流造成的誤動作，系統可選用工頻變化量的比率差動或變比率差動，適當地提高差動保護的靈敏性;同時，在特殊情況下，系統可設置保護啟動門檻和延時，以躲過不平衡電流的影響。針對系統同步性，可全網采用GPS同步采樣控制，保證底層采樣的同步;另外，系統在配置時考慮到差動保護的動作范圍，系統線路實際供電區域、主次關系，系統線路長短等，重新劃分系統區域，避免線路過短對系統線路參數造成的不平衡;同時，各區域首末端采樣信息進行綁定上傳，系統保護主機對各區域獨立運算，減小了全網數據傳輸不同步對保護造成的影響;同時，系統可設置2套獨立的保護系統進行信息處理，以增加系統的安全性。

基于IEC61850的系統模型

1煤礦數字供電保護系統結構

IEC61850是關于數字化變電站通訊網絡和系統的標準，主要完成對數字化變電站系統的系統分層、功能描述和對象建模。在邏輯結構上，IEC61850通訊協議把數字化變電站分為過程層、間隔層和站控層，各層次之間采用高速網絡進行通訊連接［6］，其基本結構如圖1。結合煤礦井下供電線路結構特點，利用傳統煤礦繼電保護硬件基礎，以高壓防爆開關為過程層保護終端，完成傳感器和執行器的功能;以同采區或就近保護終端組成合并單元，完成信息的收集和傳輸，同時完成同步時鐘的控制;系統保護主機完成信息的處理和故障區域判斷，同時可完成與地面控制中心的通訊。

2模塊功能簡介

在傳統的煤礦供電保護系統中，高壓防爆開關保護作為主要保護平臺，它能夠對電纜、變壓器等重要線路和器件進行監控和保護。在基于IEC61850通訊架構下的煤礦數字供電保護系統中，高壓防爆開關及保護終端作為系統重要組成部分，分別作為過程層執行模塊(執行器)和采樣模塊(傳感器)。保護終端安裝于防爆箱內，正常工作時，接收合并單元發送的采樣時鐘，實時采集電纜線路必要信息，通過點對點的網絡通訊方式把采樣信息傳輸到合并單元;當發生故障時，智能保護終端接收合并單元發送的跳閘或閉鎖命令，驅動高壓防爆開關完成相關操作;另外，在采樣時鐘發生中斷時，保護終端可自動選擇本地時鐘進行信息采樣，閉鎖信息上傳，自行計算采樣信息，獨立完成高壓防爆開關的保護功能，其流程圖如圖2(a)。保護終端通過點對點的網絡結構與信息合并單元連接，采用全光纖物理通道，帶寬足夠滿足多臺保護終端同時進行數據傳輸;信號傳輸系統采用通道優先級設置，對故障操作信息、故障區域采樣信息等在物理結構上進行優先傳送，保證故障時動作的速度;信息合并單元根據系統配置，可自動關聯差動兩端信息，完成信息的自動整包，并可對差動信息的有效性進行初步的判斷，可單獨進行差動信息包的發送，無需系統一進行;另一方面，信息合并單元與采樣時鐘網絡(GPS服務器)相連，得到系統統一時鐘信號，再由合并單元控制所連接的保護終端進行采樣，從而保證系統采樣的同步性;當時鐘網絡發生故障時，可自動以某一合并單元為基礎進入互同步，其流程圖如圖2(b)。系統保護主機位于間隔層，是系統重要組成部分，主要完成底層采樣數據分析，故障區域判斷，故障決策及地面相關信息交互的任務。硬件上，系統保護主機采用多CPU并行處理技術，采用獨特算法可獨立完成40路以上線路綜合分析;優化的前置信息包解析模塊能快速的得到有效信息，縮短了IEC61850通信鏈路轉化的時間。軟件上，系統實時分析底層采樣數據，當零序電壓增加到設定值時，啟動故障模式，增加處理速度，實時監控每條線路信息，判斷出故障區域，然后啟動故障決策邏輯，切除故障區域，其相關流程圖如圖2(c)。

現場試驗

以陽煤集團二礦617供電回路(6kV)為基礎進行漏電實驗，驗證所構建的煤礦數字電網保護系統在發生漏電故障時的性能。實驗針對八零九一四配電室“軌道巷及照明”線路進行人為接地，即在8226高開負荷側通過高壓保險絲形成一個接地點(B相)，對開關進行合閘操作以形成單相接地漏電故障，實驗依次進行3次。在3次試驗中，新型煤礦數字電網保護系統都在合閘瞬間準確選出8226高壓開關，并準確切除該故障區域，故障瞬間B相電壓降為0V(＜2V)，同時產生零序電壓，零序電流，大小、相位與理論分析基本一致，在很短的時間內(＜20ms)，系統發出命令跳開8226高壓開關，其他開關處于閉鎖狀態，防止了越級跳閘的發生。（本文作者：胡祝龍、程天華 單位：中國礦業大學信息與電氣工程學院）