專利名稱：一種煤礦配電網智能保護系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統后備保護技術領域，尤其涉及一種煤礦配電網智能保護系統。
背景技術：
電力保護是一種在電力系統中當電氣設備故障或不正常的工作情況，而作用于系統內開關跳閘的電工應用技術，又稱為繼電保護。在樹形配電網中，某下級繼電保護裝置所保護的線路處發生短路故障，因供電線路距離短或繼電保護裝置靈敏性不夠的原因，其上級所有的繼電保護裝置都可能檢測到短路電流而發生誤跳現象稱為越級跳閘。在電力系統供電中，越級跳閘是困擾電力系統多年的難題，經常發生越級跳閘的現象，越級跳閘發生后往往需要長時間的故障排查來恢復送電。另外，上述的直接切除故障線路的保護技術又稱為主保護，與之相區別的是電力后備保護。后備保護是在電力系統中各種電力設備上必備的一種保護，按其實現方式的不同分為:近后備保護和遠后備保護；按其故障判別原理的不同分為:電流型后備保護和距離(也稱阻抗)型后備保護。電力后備保護的作用是當被保護元件的主保護拒動或相鄰元件的保護及開關拒動時，通過后備保護動作來切除事故，以達到將電力事故控制在盡可能小的范圍內的目的。各電力后備保護的故障判別是根據在其被保護的元件所測量到的電流或阻抗值與一個整定的數值進行比較的結果來決定是否啟動，而各電力后備保護的動作出口跳閘順序是按照時間級差進行配合的，以保證電力后備保護的選擇性。也就是說，現有電力后備保護的故障判別和動作跳閘只是根據各自所保護的元件的故障測量信息和動作延時來決定的，其動作延時是靠階梯形時間級差進行配合的，最末端后備保護的動作時限最短，最上一級后備保護的動作時限最長，也就是說所以越靠近電源部分的電力元件的保護動作時間越長，造成了靠近電源部分的故障不能很快切除，容易給給電力系統造成了巨大損失，因此無法滿 足電力系統對保護快速性的要求。

實用新型內容本實用新型實施例的目的是針對現有技術結構上的缺點，提出一種煤礦配電網智能保護系統，通過在聯絡開關和進線開關上設置第一繼電保護裝置來監控全網情況，并通過第一繼電保護裝置之間的故障信息交換與協商，來保證任意一級主保護拒動時，能夠零時延的進行后備保護，實現了全網速斷。為了達到上述實用新型目的，本實用新型提出的一種煤礦配電網智能保護系統是通過以下技術方案實現的:一種煤礦配電網智能保護系統，用于樹形網絡的煤礦配電網，所述配電網包括多級變電所，所述保護系統包括多個配設在所述配電網內的開關，且該些開關均設置繼電保護裝置，其特征在于:級聯在各相鄰兩級變電所之間的聯絡開關和進線開關設置的是第一繼電保護裝置，該些第一繼電保護裝置被接入通訊網絡中，并通過相互收發信息判斷故障發生位置；所述第一繼電保護裝置包括用于區內故障時執行跳閘動作的級聯縱差保護模塊、用于母線故障時執行跳閘動作的母差保護模塊和用于對下級開關進行后備保護的后備保護模塊。所述通訊網絡包括通過通訊線纜依次連接的多個交換機，所述第一繼電保護裝置連接到所述交換機上。所述通訊線纜為光纖或電纜。所述第一繼電保護裝置內設有雙絞線通信接口電路，所述雙絞線通信接口電路與所述交換機通訊連接。所述第一繼電保護裝置還包括帶時限的過流保護模塊。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:通過在聯絡開關和進線開關上設置第一繼電保護裝置來監控全網情況，并通過第一繼電保護裝置之間的故障信息交換與協商，來保證任意一級主保護拒動時，能夠零時延的進行后備保護，實現了全網零秒速斷，由此靈敏可靠地切除電力事故，提高電力后備保護的快速性和靈敏度，以滿足電力系統對各元件的后備保護的要求。本保護系統通過無主通信結構，自主協商判斷故障區段，通信故障影響面小，整體可靠性高，實現與電流互感器精度無關的零秒縱差保護，徹底避免了越級跳閘的發生，徹底解決拒動問題。同時本實用新型所提供的保護系統在應用于煤礦電網時，可就地安裝，不破壞開關的隔爆性能，實現與原先煤礦電網的無縫接入。所利用到的系統結構簡單，容易維護，容易擴展，適應井下開關移動性大的特點。

通過
以下結合附圖對其示例性實施例進行的描述，本實用新型上述特征和優點將會變得更加清楚和容 易理解。圖1為本實用新型實施例電網結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解:如圖1所示，標號分別表示:變電所:a、b、c、d、e、f;聯絡開關:0X0101、0X0202、0X0203、0X0204、0X0402、0X0403；進線開關:0X0201、0X0301、0X0401、0X0701、0X0801；出線開關:0X0802；交換機KJ。如圖1所示，本實施例中提供一種用于煤礦的煤礦配電網智能保護系統，該配電網為樹形網絡，主要包括地面變電所(圖中所示的變電所a)、中央變電所(圖中所示的變電所b)、采區變電所(圖中所示的變電所C、d)和硐室(圖中所示的變電所e、f)組成，該配電網的具體形式同已有技術的配電網相同，其上仍然按照行業要求如已有技術方式設置聯絡線、聯絡開關(如圖中標號 0X0101、0X0202、0X0203、0X0204、0X0402、0X0403)、進線開關(如圖中標號0X0201、0X0301、0X0401、0X0701、0X0801)、出線開關(如圖中標號0X0802)等。另夕卜，上述的各開關均設置有繼電保護裝置，這種帶有繼電保護的開關即形成該配電網的保護系統，由于這種配電網以及保護形式為本領域技術人員習見手段，故在此不再贅述。不同于現有技術的是，在本實施例中級聯在各相鄰兩級變電所之間的聯絡開關和進線開關上設置的是第一繼電保護裝置(或稱微機繼電保護器)。這些第一繼電保護裝置具有雙絞線通信接口電路，通過高速工業網接口以及高速總線(雙絞線)接入交換機KJ中，所有交換機KJ通過數據線纜連起來構成冗余環網，以此構建成高速工業通信網。在本實施例中，交換機KJ通過光纖連接，因此構成一個光纖環網。該環網采用廣播方式通信，每一第一繼電保護裝置為一通信節點，任意一通信節點可主動的向網絡發送數據。各第一繼電保護裝置具有快速運算、快速邏輯判斷的能力，在全網發生故障收到其他第一繼電保護裝置節點傳送過來信息的期間能做出正確的故障判斷。需要注意的是，在該通訊網中，各第一繼電保護裝置中設置有系統上下級拓撲關系。基于上述功能，第一繼電保護裝置包括用于區內故障時執行跳閘動作的級聯縱差保護模塊、用于母線故障時執行跳閘動作的母差保護模塊、用于對下級開關進行后備保護的后備保護模塊和帶時限的過流保護模塊。而由于出線開關數量過多，且礦下環境復雜，因此為簡化系統構成，本實施例中出線開關上配置的是第二繼電保護裝置，第二繼電保護裝置具有過流保護，且不具有網絡通訊的功能，因此第一繼電保護裝置無法直接的獲得第二繼電保護裝置的工作狀態信息。在上述配電網以及保護系統結構的基礎上，以下將結合保護系統工作的具體步驟對于上述的各功能模塊進行詳細描述。步驟a.各開關持續監測配電網內各區段的電流，若無故障發生，各聯絡開關和進線開關周期性的向網絡發送平安幀；若任意區段發生短路，則執行步驟b，否則，繼續執行步驟a ；步驟b.檢測到過流的各聯絡開關和進線開關自發生過流時刻其開始計時，并分別通過網絡向其它第一繼電保護裝置發送過流信息。同時，各第一繼電保護裝置僅接受上級以及下級第一繼電保護裝置傳送的過流信息。步驟c.各聯絡開關和進線開關分別判斷是否是區內故障。判斷為區內故障的條件以及區內故障的處置方式:若一個第一繼電保護裝置自身檢測到過流且未收到對端開關的過流信息的，判斷為區內故障，由于聯絡開關和進線開關的對應關系，這種情況僅會發生在聯絡開關上，該聯絡開關立即跳閘并向上級進線開關發送跳閘信息。之后該聯絡開關返回步驟a，繼續監測所在區段的電流。若一個第一繼電保護裝置自身未檢測到過流且到對端開關的過流信息的，判斷為區內故障。這種情況僅會發生在進線開關上，該進線開關立即跳閘。之后該聯絡開關返回步驟a，繼續監測所在區段的電流。判斷為區外故障的條件:若一個第一繼電保護裝置自身檢測到過流且收到對端開關的過流信息的，或者自身未檢測到過流且未收到對端開關的過流信息的，這種情況判斷為區外故障。判斷為區外故障的第一繼電保護裝置執行下一步驟d。
對于以上技術方案中出現的技術術語“對端開關”和“區內故障”，在此特定義如下:在配電網中，任意的兩個構成上下級關系的變電所之間均級聯有一聯絡開關和一進線開關，此聯絡開關和進線開關之間具有聯絡線。因此，具有這樣對應關系的聯絡開關和進線開關之間互為對端開關，也就是說對于任意一個聯絡開關或進線開關而言，其連接的聯絡線的另一端的開關既為對端開關。而僅當有聯絡線發生故障時，對于此聯絡線兩端的聯絡開關和進線開關而言是區內故障，因此區內故障的一個典型表征就是互為對端的聯絡開關和進線開關之間存在差電流。基于此，上述的區內故障判斷及處理步驟是第一繼電保護裝置的級聯縱差保護模塊實現的，主要用于聯絡線故障時的處理。具體的說當任意一個第一繼電保護裝置判斷出本端和對端開關之間的差電流為短路電流時，其立即動作隔離短路的級聯線路。步驟d.判斷為區外故障的各聯絡開關和進線開關處置方式。1、對于檢測到過流的進線開關:若其不存在下級聯絡 開關的，智能后備保護模塊啟動:自過流發生起延時tl后，判斷是否仍然存在過流，若存在，則說明其下級出線開關的第二繼電保護裝置拒動，立即出口跳閘，之后返回步驟a ;若不存在過流，則說下級開關切除成功，返回步驟a，繼續監測所在區段的電流。若其存在下級聯絡開關的，母差保護模塊啟動:假如自過流發生起延時tl后，未收到任意一個下級聯絡開關的過流信息或跳閘信息的，說明故障發生在其和下級聯絡開關之間的母線上，立即跳閘，并向上級聯絡開關發送跳閘信息，之后返回步驟a，繼續監測所在區段的電流；如在tl時間內收到過流信息或跳閘信息的，則說明故障未發生在其連接的母線上，返回步驟a。2、對于收到跳閘信息的各聯絡開關和進線開關:各進線開關和聯絡開關在步驟c和步驟d中收到下級開關發送的跳閘信息的，智能后備保護模塊啟動:自收到跳閘信息起延時t2后，若仍然過流，則說明其下級開關的第一繼電保護裝置拒動，立即跳閘，之后返回步驟a;若不存在過流，則說下級開關切除成功，返回步驟a。3、未在以上1、2條中約定，且判斷為區外故障的其它聯絡開關和進線開關，如未收到跳閘信息的聯絡開關、未收到跳閘信息且未檢測到過電流的進線開關，說明故障與之無關，直接返回步驟a。由上述方法可知，該保護系統通過各第一繼電保護裝置之間的故障信息交換與協商，來保證任意一級主保護拒動時，能夠零時延的進行后備保護，實現了全網零秒速斷，由此靈敏可靠地切除電力事故，提高電力后備保護的快速性和靈敏度，以滿足電力系統對各元件的后備保護的要求。上述保護方法中，若出現主保護拒動、智能后備保護也拒動的狀況，或者通信完全中斷的情況，會導致配電網無法主動切除故障線路。因此為彌補上述缺陷，本實施例中還增加了帶時限的過流保護模塊，具體如下:所述的聯絡開關和進線開關還分別判斷:自過流發生時刻起，在到達各自的預設時間后是否仍存在過電流，若存在，則立即跳閘。對于此預設時間，在此定義如下，位于同一區段內的各聯絡開關和進線開關的預設時間相同，由最末端區段起各級區段的預設時間依次為TpIV..!；。以上保護方法中，各時限(tl、t2、W..!；)的選擇范圍如下:[0046]所述tl的取值范圍為100-200ms，所述t2的取值范圍為70_170ms。同時，為避免母差保護和智能后備保護相互沖突，tl需要大于t2，所述Tn為UlOOms至Tn-POOms, T1的取值范圍為150ms至250ms。同時，由于帶時限的過流保護為智能后備保護的后備保護方式，因此Tl需要大于tl。在本實用新型的具體實施例中，tl為150ms，t2為120ms，T1為200ms，所述Tn=UlSOms,即:聯絡開關0X0101、進線開關0X0201的過流時限T3為500ms ；聯絡開關0X0203、聯絡開關0X0204、進線開關0X0301、進線開關0X0401的過流時限 T2 為 350ms ；聯絡開關0X0402、聯絡開關0X0403、進線開關0X0701、進線開關0X0801的過流時限 Tl 為 200msO以上對于本實用新型的保護系統以及其工作方法做了詳細說明，以下將通過幾個具體的故障案例對于上述步驟進行進一步的闡述:一、終端線故障參見圖1，d3處發生短路:此時，聯絡開關0X0101、聯絡開關0X0204、聯絡開關0X0402、進線開關0X0201、進線開關0X0401、進線開關0X0801全部感受到短路電流。通過故障信息交換與協商，聯絡開關0X0101、聯絡開關0X0204、聯絡開關0X0402、進線開關0X0201、進線開關0X040`1、進線開關0X0801判斷出故障發生在區外，縱差保護閉鎖。進線開關0X0801由于不存在下級聯絡開關，還判斷出其作為故障區段的后備保護，啟動智能后備保護。出線開關0X0802動作跳閘，故障消失。或者，出線開關0X0802拒動，故障依然存在，延時150ms后，進線開關0X0801的智能后備保護立刻動作切除故障。如果出線開關0X0802拒動也拒動，或通信完全中斷，此時，由帶時間級差的過流保護作為后備保護，切除故障。二、聯絡線故障參見圖1，dl處發生短路:此時，聯絡開關0X0101、聯絡開關0X0204、進線開關0X0201感受到短路電流；通過故障信息交換與協商，聯絡開關0X0101、進線開關0X0201、聯絡開關0X0402、進線開關0X0801判斷出故障發生在區外，縱差保護閉鎖；聯絡開關0X0204、進線開關0X0401判斷出故障發生在區內，縱差保護動作立即跳閘，同時聯絡開關0X0204還向其上級的進線開關0X0201發出跳閘信息；進線開關0X0201接到跳閘信息后啟動智能后備保護；如果聯絡開關0X0204拒動，延時120ms后進線開關0X0201的立刻動作跳閘，切除
故障線路。如果聯絡開關0X0204也拒動，或通信完全中斷，縱差保護、智能后備保護等全部被閉鎖，此時，由帶時間級差的過流保護作為后備保護，切除故障。[0068]三、母線故障參見圖1，d2處發生短路:此時，聯絡開關0X0101、聯絡開關0X0204、進線開關0X0201、進線開關0X0401全部
感受到短路電流；通過故障信息交換與協商，聯絡開關0X0101、聯絡開關0X0204、進線開關0X0201、進線開關0X0401均判斷出故障發生在區外，縱差保護閉鎖；進線開關0X0201收到聯絡開關0X0204的過流信息，母差保護鎖閉；進線開關0X0401啟動母差保護，當其延時150ms后，未收到下級聯絡開關0X0402、0X0403的過流信息或跳閘信息，判斷出故障發生母線上，此時母差保護動作跳閘，并向聯絡開關0X0204發送跳閘信息；聯絡開關0X0204啟動智能后備保護；如果進線開關0X0401拒動，延時150ms后，聯絡開關0X0204動作跳閘，切除故障；如果聯絡開關0X0204也拒動，或通信完全中斷，此時，由帶時間級差的過流保護作為后備保護，切除故障。本實用新型所提供的用于煤 礦的配電網保護系統在應用于煤礦電網時，可就地安裝，不破壞開關的隔爆性能，實現與原先煤礦電網的無縫接入。所利用到的系統結構簡單，容易維護，容易擴展，適應井下開關移動性大的特點。以上通過實施例對于本實用新型的發明意圖和實施方式進行詳細說明，但是本實用新型所屬領域的一般技術人員可以理解，本實用新型以上實施例僅為本實用新型的優選實施例之一，為篇幅限制，這里不能逐一列舉所有實施方式，任何可以體現本實用新型權利要求技術方案的實施，都在本實用新型的保護范圍內。需要注意的是，以上內容是結合具體的實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施方式
僅限于此，在上述實施例的指導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種煤礦配電網智能保護系統，用于樹形網絡的煤礦配電網，所述配電網包括多級變電所，所述保護系統包括多個配設在所述配電網內的開關，且該些開關均設置繼電保護裝置，其特征在于:級聯在各相鄰兩級變電所之間的聯絡開關和進線開關設置的是第一繼電保護裝置，該些第一繼電保護裝置被接入通訊網絡中；所述第一繼電保護裝置包括用于區內故障時執行跳閘動作的級聯縱差保護模塊、用于母線故障時執行跳閘動作的母差保護模塊和用于對下級開關進行后備保護的后備保護模塊。
2.根據權利要求1所述的一種煤礦配電網智能保護系統，其特征在于:所述通訊網絡包括通過通訊線纜依次連接的多個交換機，所述第一繼電保護裝置連接到所述交換機上。
3.根據權利要求2所述的一種煤礦配電網智能保護系統，其特征在于:所述通訊線纜為光纖或電纜。
4.根據權利要求3所述的一種煤礦配電網智能保護系統，其特征在于:所述第一繼電保護裝置內設有雙絞線通信接口電路，所述雙絞線通信接口電路與所述交換機通訊連接。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的一種煤礦配電網智能保護系統，其特征在于:所述第一繼電保護裝置還包括 帶時限的過流保護模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種煤礦配電網智能保護系統，用于煤礦配電網，所述配電網包括多級變電所，所述保護系統包括多個配設在所述配電網內的開關，且該些開關均設置繼電保護裝置，其特征在于級聯在各相鄰兩級變電所之間的聯絡開關和進線開關設置的是第一繼電保護裝置，該些第一繼電保護裝置被接入通訊網絡中；所述第一繼電保護裝置包括級聯縱差保護模塊、母差保護模塊和后備保護模塊。本實用新型的有益效果是通過設置第一繼電保護裝置來對各級線路的電流情況進行判斷，來保證任意一級開關拒動時，上級保護的后備保護無時延驅動跳閘，有效地縮短了故障開關拒動時，上級開關的保護切除故障的時間，更有利于故障的快速切除，有利于保障整個電網的安全。
文檔編號H02J13/00GK203151085SQ20132004345
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者張朝平, 景杰, 付志勇, 梅中健, 卜海濱 申請人:上海山源電子電氣科技發展有限公司