專利名稱：礦用光纖縱聯(lián)越級(jí)跳閘保護(hù)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井下供電系統(tǒng)輸電線路的繼電保護(hù)裝置及方法，特別是一種礦用光纖縱聯(lián)越級(jí)跳間保護(hù)裝置及方法。
背景技術(shù)：
供電系統(tǒng)是井下生產(chǎn)的動(dòng)力來(lái)源，而輸電線路是其重要的組成部分。供電系統(tǒng)的安全不僅僅關(guān)系到生產(chǎn)，也關(guān)系到井下工作人員的安全。目前井下供電電壓不斷升高，部分礦井6kV高壓直接給綜采面供電，由于綜采面工作條件差，環(huán)境惡劣，帶來(lái)的安全問(wèn)題也日益突出，高壓電纜很容易受損，易發(fā)生漏電或短路事故，進(jìn)而引起高防開(kāi)關(guān)越級(jí)跳閘。由于井下環(huán)境的特殊性，輸電線路故障時(shí)，如不能及時(shí)切除或者誤切除，都會(huì)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)造成較大的影響，甚至造成重大事故。供電線路保護(hù)裝置擔(dān)負(fù)保障井下輸電安全的重要任務(wù)，井下供電系統(tǒng)同地面供電系統(tǒng)一樣，對(duì)保護(hù)裝置基本的要求要具備選擇性、 快速性、靈敏性和可靠性。可靠性不僅僅是保護(hù)的可靠性，也包括保護(hù)器自身的可靠性。從保證生產(chǎn)角度講，選擇性是保護(hù)裝置最基本的要求，選擇性要求保護(hù)器在動(dòng)作時(shí)，只切除故障部分，減少停電范圍，而且容易查找故障發(fā)生的位置。由于井下供電線路均采用銅線，而且各級(jí)變電所之間線路很短，線路阻抗很小，從而造成發(fā)生短路故障時(shí)，各級(jí)間短路電流幾乎沒(méi)有差別，這樣每一級(jí)的繼電保護(hù)裝置就不能夠準(zhǔn)確的判斷故障是否發(fā)生在自己的保護(hù)區(qū)域內(nèi)，同時(shí)由于煤礦供電網(wǎng)絡(luò)的特殊要求如下級(jí)保護(hù)應(yīng)比上級(jí)保護(hù)的時(shí)限要小，如果前一級(jí)變電所進(jìn)線保護(hù)時(shí)限已經(jīng)很小了，這樣下一級(jí)保護(hù)裝置的就無(wú)法進(jìn)行保護(hù)整定，傳統(tǒng)的通過(guò)時(shí)差來(lái)進(jìn)行選擇性保護(hù)的方法就行不通了。如果整定保護(hù)時(shí)限太大，繼電保護(hù)系統(tǒng)就喪失了快速性，不能夠及時(shí)切除故障；整定保護(hù)時(shí)限太小，一旦末段線路出現(xiàn)故障，就會(huì)引發(fā)越級(jí)跳閘保護(hù)，一旦越級(jí)跳閘發(fā)生，會(huì)造成井下停電范圍的擴(kuò)大，輕則造成停產(chǎn)，重則發(fā)生重大事故。如果越級(jí)跳到中央變電所甚至是地面主變，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)將癱瘓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種礦用光纖縱聯(lián)越級(jí)跳閘保護(hù)裝置及方法，解決現(xiàn)有井下保護(hù)裝置存在的越級(jí)跳閘的問(wèn)題，保證供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的安全和故障時(shí)的快速切除故障。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該跳閘保護(hù)的裝置為光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置安裝在每一個(gè)變電所內(nèi)，每一個(gè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置之間通過(guò)系統(tǒng)總線連接；
光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置包括電源模塊、信號(hào)處理模塊、CPU主板、人機(jī)接口、光纖通信模塊、 液晶顯示屏、鍵盤、紅外遙控器、單模光纖接口、多模光纖接口 ；CPU主板與信號(hào)處理模塊、 人機(jī)接口和光纖通信模塊雙向通信連接，電源模塊與CPU主板、信號(hào)處理模塊、人機(jī)接口和光纖通信模塊連接；所述的人機(jī)接口包括液晶顯示屏、鍵盤和紅外遙控器；所述的光纖通信模塊包括單模光纖接口和多模光纖接口。越級(jí)跳閘保護(hù)方法通過(guò)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)，利用光纖傳輸閉鎖信號(hào)，綜合比較本線路各端保護(hù)的故障方向判別其信息以確定故障區(qū)間，故障區(qū)間分為本線路內(nèi)部和外部故障，本線路內(nèi)部故障時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，外部故障時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)不動(dòng)作；在各級(jí)變電所內(nèi)配置光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置，每一級(jí)變電所之間構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置對(duì)區(qū)域內(nèi)短路故障零時(shí)限跳閘，對(duì)區(qū)域外故障保護(hù)可靠不動(dòng)作；在線路終端負(fù)荷側(cè)配置速斷/過(guò)流保護(hù)， 對(duì)短路故障實(shí)現(xiàn)零時(shí)限切除；對(duì)于電機(jī)保護(hù)，進(jìn)行定時(shí)限過(guò)載保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、電機(jī)起動(dòng)定值切換保護(hù)、低電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、負(fù)序保護(hù)。有益效果，由于采用了上述方案，能夠解決現(xiàn)有井下保護(hù)裝置存在的越級(jí)跳閘的問(wèn)題，保證供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的安全和故障時(shí)的快速切除故障。本發(fā)明同時(shí)具備緊急瞬時(shí)速斷保護(hù)、限時(shí)速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)(過(guò)載保護(hù))功能，其中緊急瞬時(shí)速斷保護(hù)可在光纜遭到破壞的情況下投入使用，限時(shí)速斷保護(hù)、后備過(guò)流保護(hù)(過(guò)載保護(hù))可一直投入使用。本發(fā)明的礦用光纖縱聯(lián)越級(jí)跳閘保護(hù)裝置及方法，適用于IOkV及以下電壓等級(jí)的井下供電系統(tǒng)， 解決井下常見(jiàn)的越級(jí)跳閘難題，把故障限制在最小范圍。對(duì)于供電系統(tǒng)的各種故障也能夠及時(shí)檢測(cè)、報(bào)警和保護(hù)，能夠替代傳統(tǒng)的模擬保護(hù)器和微機(jī)保護(hù)器。


圖1是光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置連接圖。圖2是光線縱聯(lián)保護(hù)配置示意圖。圖中，1、電源模塊；2、信號(hào)處理模塊；3、CPU主板；4、人機(jī)接口 ；5、光纖通信模塊； 6、晶顯示屏；7、鍵盤；8、紅外遙控器；9、單模光纖接口 ；10、多模光纖接口 ；11、光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該跳閘保護(hù)的裝置為光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置， 光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置安裝在每一個(gè)變電所內(nèi)，每一個(gè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置之間通過(guò)系統(tǒng)總線連接；光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置包括電源模塊1、信號(hào)處理模塊2、CPU主板3、人機(jī)接口 4、光纖通信模塊5、液晶顯示屏6、鍵盤7、紅外遙控器8、單模光纖接口 9和多模光纖接口 10，CPU主板3 與信號(hào)處理模塊2、人機(jī)接口 4和光纖通信模塊5雙向通信連接，電源模塊與CPU主板3、信號(hào)處理模塊2、人機(jī)接口 4和光纖通信模塊5連接；所述的人機(jī)接口 4包括液晶顯示屏6、鍵盤7和紅外遙控器8 ；所述的光纖通信模塊5包括單模光纖接口 9和多模光纖接口 10。電源模塊1為整個(gè)裝置供電，取自電壓互感器副邊；信號(hào)處理模塊2對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行變送、轉(zhuǎn)換、傳輸，并將電壓信號(hào)和電流信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換到微處理器處理的信號(hào)等級(jí)范圍內(nèi)；CPU主板3對(duì)信號(hào)處理模塊2送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果對(duì)供電線路是否故障進(jìn)行判斷，與其他光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置進(jìn)行通訊以及故障時(shí)進(jìn)行快速保護(hù)，并把采集的數(shù)據(jù)送給人機(jī)接口 4中的液晶顯示屏；所述的人機(jī)接口 4主要包括液晶顯示屏6、鍵盤7和紅外遙控器8，液晶顯示屏6顯示測(cè)量和計(jì)算的系統(tǒng)參數(shù)以及所發(fā)生的故障，鍵盤7向CPU 主板3發(fā)出指令，調(diào)看當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)、故障記錄、操作記錄、設(shè)定參數(shù)，紅外遙控器8進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；光纖通信模塊5是光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置之間進(jìn)行通訊的接口，對(duì)CPU主板3上微處理器發(fā)送的信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，對(duì)于接收的信息進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；所述的光纖通信模塊5包括兩種接口，分別是單模光纖接口 9和多模光纖接口 10，用于連接不同的光纖。所述的CPU主板3采用雙處理器，能夠完成保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控功能，CPU 主板3有多種通訊接口，同時(shí)還帶有掉電保持電池，保證在系統(tǒng)供電故障后光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置繼續(xù)工作一段時(shí)間；CPU主板3上的高精度A/D采樣模塊實(shí)時(shí)采集三相電壓和電流參數(shù)；實(shí)時(shí)顯示供電系統(tǒng)的相電壓、線電壓、零序電壓、線電流、相電流、零序電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率的供電系統(tǒng)參數(shù)信息。越級(jí)跳閘保護(hù)方法通過(guò)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)，利用光纖傳輸閉鎖信號(hào)，綜合比較本線路各端保護(hù)的故障方向判別細(xì)信息以確定故障區(qū)間，故障區(qū)間分為本線路內(nèi)部和外部故障，本線路內(nèi)部故障時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，外部故障時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)不動(dòng)作；在各級(jí)變電所內(nèi)配置光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置，每一級(jí)變電所之間構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置對(duì)區(qū)域內(nèi)短路故障零時(shí)限跳閘，對(duì)區(qū)域外故障保護(hù)可靠不動(dòng)作；在線路終端負(fù)荷側(cè)配置速斷/過(guò)流保護(hù)， 對(duì)短路故障實(shí)現(xiàn)零時(shí)限切除；對(duì)于電機(jī)保護(hù)，進(jìn)行定時(shí)限過(guò)載保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、電機(jī)起動(dòng)定值切換保護(hù)、低電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、負(fù)序保護(hù)。圖2為煤礦的一條供電支路，在所有負(fù)荷終端線路的光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置都設(shè)定無(wú)時(shí)限速斷保護(hù)和8S過(guò)負(fù)荷，在其上一級(jí)直到供電系統(tǒng)進(jìn)線端線路的光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置均設(shè)定無(wú)時(shí)限光纖縱聯(lián)保護(hù)、0. 2S限時(shí)速斷保護(hù)和8S過(guò)負(fù)荷保護(hù)。當(dāng)中央變電所2進(jìn)線側(cè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置檢測(cè)出發(fā)生故障時(shí)，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置把閉鎖信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)傳遞到上級(jí)變電所，上級(jí)變電所的光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置接收到閉鎖信號(hào)，從而閉鎖相應(yīng)開(kāi)關(guān)中的保護(hù)；當(dāng)中央變電所2出線側(cè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置檢測(cè)到故障時(shí)，同樣發(fā)出閉鎖信號(hào)，閉鎖信號(hào)合成后送給上一級(jí)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置，閉鎖相應(yīng)的保護(hù)；中央變電所2出線側(cè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置檢測(cè)到故障時(shí)，發(fā)出了閉鎖信號(hào)，也發(fā)出了保護(hù)跳閘信號(hào)，但是開(kāi)關(guān)出現(xiàn)拒動(dòng)的時(shí)候，上一級(jí)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置在檢測(cè)到閉鎖信號(hào)后150ms后故障沒(méi)有消除，則加速跳閘；中央變電所2出線側(cè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置檢測(cè)到故障時(shí)，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置出現(xiàn)故障而沒(méi)有發(fā)出閉鎖信號(hào)，直接由上一級(jí)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置控制相應(yīng)開(kāi)關(guān)中的速斷動(dòng)作跳閘；當(dāng)中央變電所2進(jìn)線以及母線上出現(xiàn)故障時(shí)，首先由中央變電所2進(jìn)線側(cè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置控制相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作切除故障，當(dāng)中央變電所2進(jìn)線側(cè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置控制的開(kāi)關(guān)拒動(dòng)時(shí)，該光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置的上一級(jí)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置控制其開(kāi)關(guān)加速跳閘。這樣對(duì)于供電系統(tǒng)的每一級(jí)線路都有了相應(yīng)的保護(hù)，在發(fā)生故障的時(shí)候，故障區(qū)域內(nèi)都有相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，如果本區(qū)域保護(hù)拒動(dòng)，上一級(jí)有相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，保證故障線路可靠切除，防止越級(jí)跳閘，將停電范圍控制在最小。
權(quán)利要求
1.一種礦用光纖縱聯(lián)越級(jí)跳間保護(hù)裝置，其特征是該跳間保護(hù)的裝置為光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置安裝在每一個(gè)變電所內(nèi)，每一個(gè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置之間通過(guò)系統(tǒng)總線連接；光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置包括電源模塊、信號(hào)處理模塊、CPU主板、人機(jī)接口、光纖通信模塊、 液晶顯示屏、鍵盤、紅外遙控器、單模光纖接口、多模光纖接口 ；CPU主板與信號(hào)處理模塊、 人機(jī)接口和光纖通信模塊雙向通信連接，電源模塊與CPU主板、信號(hào)處理模塊、人機(jī)接口和光纖通信模塊連接；所述的人機(jī)接口包括液晶顯示屏、鍵盤和紅外遙控器；所述的光纖通信模塊包括單模光纖接口和多模光纖接口。
2.一種礦用光纖縱聯(lián)越級(jí)跳間保護(hù)方法，其特征是越級(jí)跳間保護(hù)方法通過(guò)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)，利用光纖傳輸閉鎖信號(hào)，綜合比較本線路各端保護(hù)的故障方向判別其信息以確定故障區(qū)間，故障區(qū)間分為本線路內(nèi)部和外部故障，本線路內(nèi)部故障時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，外部故障時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)不動(dòng)作；在各級(jí)變電所內(nèi)配置光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置，每一級(jí)變電所之間構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置對(duì)區(qū)域內(nèi)短路故障零時(shí)限跳閘，對(duì)區(qū)域外故障保護(hù)可靠不動(dòng)作；在線路終端負(fù)荷側(cè)配置速斷/過(guò)流保護(hù)，對(duì)短路故障實(shí)現(xiàn)零時(shí)限切除；對(duì)于電機(jī)保護(hù)，進(jìn)行定時(shí)限過(guò)載保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、電機(jī)起動(dòng)定值切換保護(hù)、低電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、負(fù)序保護(hù)。
全文摘要
一種礦用光纖縱聯(lián)越級(jí)跳閘保護(hù)裝置及方法，屬于井下供電系統(tǒng)輸電線路的繼電保護(hù)裝置及方法。該跳閘保護(hù)的裝置為光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置，光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置安裝在每一個(gè)變電所內(nèi)，每一個(gè)光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置之間通過(guò)系統(tǒng)總線連接；光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置的CPU主板與信號(hào)處理模塊、人機(jī)接口和光纖通信模塊雙向通信連接，電源模塊與CPU主板、信號(hào)處理模塊、人機(jī)接口和光纖通信模塊連接；所述的人機(jī)接口包括液晶顯示屏、鍵盤和紅外遙控器；所述的光纖通信模塊包括單模光纖接口和多模光纖接口。優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明具備緊急瞬時(shí)速斷保護(hù)、限時(shí)速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)功能，解決井下常見(jiàn)的越級(jí)跳閘難題，把故障限制在最小范圍。能夠替代傳統(tǒng)的模擬保護(hù)器和微機(jī)保護(hù)器。
文檔編號(hào)H02H7/22GK102306928SQ201110275898
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者于月森, 伍小杰, 周娟, 夏晨陽(yáng), 宋中倉(cāng), 宗偉林, 戴鵬, 程然, 耿乙文, 許朝友, 高艷 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)