分布式智能速断防越级跳闸系统建设技术方案书
上海山源分布式智能速断防越级跳闸系统
上海山源电子电气科技发展有限公司
目录
一、煤矿井下供电现状 (3)
二、常见越级跳闸解决方案利弊分析 (3)
1.电流速断延时法 (3)
（1)实现原理 (3)
（2)缺点分析 (4)
2.地面集中保护法 (4)
（1)实现原理 (4)
（2)缺点分析 (5)
3.导引线（数字式）纵差法 (5)
（1)点对点的导引线纵差保护： (5)
（2)点对点的数字纵差保护 (5)
（3)缺点 (5)
4.结论 (6)
三、上海山源分布式智能速断防越级跳闸系统 (6)
四、项目实施后效果 (6)
五、分布式智能速断防越级系统系统主要优点 (7)
六、分布式智能速断防越级系统系统主要性能指标 (8)
七、所选产品 (8)
1.KJ360矿用电力监控系统 (8)
2.KJ360-F矿用隔爆兼本安型电力监控分站 (8)
3.ZBT-11C高开综合保护器 (8)
4.KJJ156矿用本安型网络交换机 (8)
5.KDW660/12B隔爆电源 (8)
一、煤矿井下供电现状
电力是煤矿生产的唯一能源，电力系统的安全性和运行状态直接影响着煤矿的生产和安全。
煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，在此环境下使用的电器设备、供电电缆和电缆接头容易发生漏电和短路事故；采掘面地质情况复杂，负载变化大，易造成电器设备过流发热，使线路绝缘破坏，造成短路烧毁线路和电机；采掘设备移动工作，供电线路在反复的拖拽中易发生绝缘破坏、短路等事故。
造成井下供电线路短路事故的原因复杂多样，井下供电线路短路事故难以避免。
同时，煤矿井下电缆容量选择往往偏大；再加井下供电距离短，同一变电所总开关和分开关间电缆一般只有几米，上级变电所与下级变电所之间的距离也只有数百米到几千米，采用铜电缆，电缆的电阻很小，按电流整定无法满足保护的选择性。
一但线路某处短路，短路电流可达数千安到上万安，短路点上面的各级开关都满足电流速断保护跳闸条件，各级开关都启动电流速断跳闸程序，当上级开关跳闸灵敏度高时上级开关跳闸，造成越级跳闸。
有时甚至造成地面变电站开关跳闸，甚至全矿井停电。
越级跳闸造成井下大面积停电，不仅严重影响生产，而且很容易诱发事故，威胁矿井的安全。
二、常见越级跳闸解决方案利弊分析
1.电流速断延时法
（1)实现原理
对于地面入井线路控制开关电流速断有小延时（0.5s左右）井下供电系统，可以通过上下级开关保护时间级差配合来保证保护的选择性，避免发生越级跳闸事故。
设置方法如下：
图3-1-1
末端线路短路保护采用0时限速断，而其上级则增加一个时间级差Δt：
上图中各个开关时间配合关系如下：7号开关速断保护延时为0ms；5、6号开关速断保护延时为150ms；3、4号开关速断保护延时为300ms；1、2号开关速断保护延时为450ms。
（2)缺点分析
电流速断延时法可以解决短路越级跳闸问题，无需额外投资，只需做好保护器延时级差整定即可；但不能适用于地面入井线路控制开关电流速断没有延时的井下供电系统。
当井下供电系统级数过多时，总延时超过0.5s可能引起35KV及更上级开关越级跳闸。
2.地面集中保护法
（1)实现原理
如上图所示，地面集中保护法主要通过通信的方式把所有开关数据传输到两台服务器上，在服务器上实现变电站内所有高压开关的保护，然后通过通信的
办法，指挥开关中的控制部件跳闸。
（2)缺点分析
集中保护法的动作方式的可靠性高度依赖于通讯网络。
现在电力系统已不再采用该模式。
对于煤矿井下供电系统来说，供电网络更加分散，通信网络更加复杂，整个通信网络的可靠性更难保证，集中保护的方案就更加危险。
即便是在通信中断后，集中保护可切换为当地保护，但是通道故障时间的检测判断需要时间，因为如果通道偶然的一次无码就判断为故障进行切换的话，就会频繁的通道进行切换，影响了保护的正常工作。
3.导引线（数字式）纵差法
（1)点对点的导引线纵差保护：
采用把线路两端的电流分别接入对端，根据差电流大小判断区外故障还是区内故障；
（2)点对点的数字纵差保护
线路两端的保护装置对电流值高速同步采样，通过光纤传输交换采样值，根据采样值计算差电流大小，判断区外故障还是区内故障。
（3)缺点
光纤差动保护是地面成熟的技术，能够成功解决短线路保护的难题。
但地面光纤差动保护只能保护一个开关到另一个开关单一的点对点方式的供电情况。
无法保护一个总开关对多个分开关供电的情况。
此外，地面光纤纵差法采用的是两端同步采样技术，两侧保护严格要求同步，设备复杂，造价昂贵。
不适合煤矿井
下经常移动、开关内部空间小的供电实际要求。
纵差保护是地面用于短线路保护最成熟的技术，但对井下来说，有两个问题必须要解决：
⏹井下变电所的开关多有两分支或三分支的情况，这样，点对点的纵差保护
就无法使用；
⏹隔爆开关CT一致性差，现有的纵差保护计算的差电流误差变差也会较大，
从而影响纵差保护的可靠性；
必须有一种类似纵差保护的新方法来实现煤矿井下联络线的防越级保护
4.结论
从以上分析可以看出，由于种种原因，越级跳闸问题一直是困扰煤矿供电的难题，目前的技术均没有很好的解决这个问题，已经严重影响到了煤矿的供电安全。
由上海山源电子电气科技发展有限公司研发的基于分布式智能速断保护原理的防越级跳闸保护系统，采用了分层、分散式的保护动作原理，不仅有点对点的差动模式、还有适合多级变电所的多点差动模式，从而实现了短电缆线路的故障隔离。
这种方式不仅适应了井下开关经常移动的特点，同时简化了硬件设计，降低了成本，很好的满足了煤电井下供电系统的要求。
实际应用证明，该方式的纵差保护能够从根本上杜绝越级跳闸问题的出现，减少井下大范围停电事故的发生，保证矿井供电系统的安全运行。
三、上海山源分布式智能速断防越级跳闸系统
上海山源公司采用网络化基因拓扑算法，利用开关间自主交换故障信息进行协商的形式，自主判断故障区段，实现全网零秒速断，以达到防越级跳闸的目的，系统具有级联纵差保护、母差保护、三段式过流保护、和零延时智能后备保护等防越级跳闸保护功能，系统通过分散安装的ZBT-11C级联纵差保护器搭建的专用保护信息网快速交换信息，能够快速判断故障区段，准确快速切断距离故障点最近的故障开关，以达到防越级跳闸的目的，并且对于母线故障也能够做到快速切除；
四、项目实施后效果
⏹在地面机电监控中心显示和记录井上下变电所各进线和联络线所有数
据；
⏹进一步提高井下高压开关保护动作的可靠性和准确性，解决越级跳闸
以及一个回路短路故障引起全变电所开关全部跳闸的问题，提高供电
可靠性；
⏹实现地面调度对井下变电所的遥测、遥控、遥信和遥调，为实现变电
所无人值班，打造数字化矿井打下基础。
五、分布式智能速断防越级系统系统主要优点
⏹国内首次提出了分布式智能速断和零时延智能后备保护的全面越级跳
闸解决方案，既能够有效上下级变电所的越级跳闸问题，又解决了母
线保护延时动作的问题。
⏹所提出的分布式智能速断和零时延智能后备保护的防越级跳闸解决方
案已在国内几十个大型煤矿实施，技术成果被评为煤炭工业协会科技
进步二等奖。
⏹所提出的分布式智能速断和零时延智能后备保护的防越级跳闸解决法
已获得国家发明专利，专利号201210324226
⏹实现了联络线纵差保护、母线差动保护、零时延智能后备保护，实现
了全网零秒速断；
⏹保护就地安装，直接跳闸，可靠性高；
⏹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；
⏹消除了CT精度和变差对纵差保护准确度的影响；
⏹满足井下高开移动大、电网拓扑结构变化大、互感器变差大的特点；
⏹采用基因图谱识别模式方式的多点纵差拓扑保护方案，适应井下电网
点对点、点对多的供电需求；
⏹保护功能独立，便于开关的移动互换和变电所的扩展，适合矿井的实
际要求；
⏹施工简单、接线方便、无限级联
⏹可以实现KJ360矿用电网监控系统无缝接入。
⏹进行防越级保护改造时，不破坏开关的隔爆性能，并且，ZBT-11C级
联纵差综合保护器已与30多家隔爆开关厂家联检认证，安全性高；
六、分布式智能速断防越级系统系统主要性能指标
⏹纵差保护动作时间：<35ms
⏹智能后备保护延时时间：0ms
⏹通讯协商最大耗时：<5ms
⏹保护器内置后备电源：电源失去后3秒钟内确保保护器正常工作并能
可靠跳开开关
七、所选产品
1.KJ360矿用电力监控系统
2.KJ360-F矿用隔爆兼本安型电力监控分站
3.zbt-11C高开综合保护器
4.KJJ156矿用本安型网络交换机
5.KDW660/12B隔爆电源。