关于现场应用CT饱和的越级跳闸故障

刘向阳

(开滦集团东欢坨矿业分公司,河北唐山 063000)

关于现场应用CT饱和的越级跳闸故障

刘向阳

(开滦集团东欢坨矿业分公司,河北唐山 063000)

结合矿井供电系统中存在的越级跳闸的问题,并找出解决方案,以确保矿井的安全可靠供电。

越级跳闸 瞬时电流速断保护 限时电流速断保护 光纤差动保护

随着煤井自动化进程的加快，大型设备大量投入使用，高产高效已经是新型矿井发展的迫切需要。这些大型设备的投入的同时也对其供电系统提出了更高的要求，因此从井上到井下各级变配电室均采用大截面电缆。综采、掘进工作面高压供电方式是把为6KV高压从采区变电所直接供给综采、掘进工作面移动变电站；采掘工作面由于工作环境恶劣、条件差以至工作面高压电缆在回采过程中拖曳一旦受损就会造成电缆绝缘击穿以至形成短路。在采区变电所与工作面高爆开关的短路保护整定值虽有级差，但由于电缆截面较大高压电缆在这种情况下形成的短路电流也很大，以至能同时满足采区变电所馈出高爆开关及综采工作面高爆开关的短路跳闸条件，在这种情况下会形成高爆开关抢跳的局面，很容易引起高爆开关越级跳闸。如果综采工作面距中央变电所或采区变电所很近，由于线路短造成的短路值将更大，所引起的越级跳闸影响范围也将更大。然而在井下运输巷道或其它敷设有高压电缆的巷道中，作业人员意外造成电缆损伤或其它因素引起的短路也很容易造成开关越级跳闸。在这种容易引起高压越级跳闸的情况下就不能保证井下供电的安全性及可靠性。因为煤矿井下生产环境及条件的恶劣及对机电设备的依赖，所以煤矿的安全生产对供电的安全性、可靠性要求更为突出。

1 越级跳闸的危害

越级跳闸不仅造成事故扩大化，同时影响事故查找，如果越级跳到采区变电所，可能会造成风机、水泵等重要负荷掉电跳闸，在这种情况下如果不能及时排除故障，不但影响生产，还会影响井下各级风机开关送电时间，严重的还会影响瓦斯排放，引起瓦斯积聚以至危胁井下工人生命安全，如果越级跳到中央变电所，不仅会造成生产系统的瘫痪、瓦斯积聚，而且有淹井的危险。

2 CT饱和特点

CT是电磁学应用的范例之一，电流在其周围产生磁场，在真空中磁场的大小和方向与电流的大小和方向成正比，即成线性比例。而在铁磁材料中穿越磁力线，铁芯内的微小的方向混乱的磁畴在外来线圈的“微弱”的磁力线的“引导”下，由外来磁力线的作用将铁芯内的小磁极的方向“理顺”，“小磁畴的集群效应”使得整个铁心的磁通大大增强。外加磁力线的强弱决定了铁芯内的被“理顺”的磁畴的多少。故在少量的由外部线圈电流产生的磁力线引导下，被“理顺”的磁畴与外加电流成正比。但是一定体积内的铁芯的磁畴数目是一定的，故随着来自线圈电流产生的磁力线的增加而被“理顺“的磁畴的数目在逐渐的趋向饱和。宏观表现就是随着线圈里的电流增大而磁通却不能显著的线性上升。这就是铁磁材料的“饱和”。

3 事故概况及分析

2010年7月某夜，天气雷雨。回风井6KV配电室至员工大厦配电室线路钢带铠装纸绝缘电缆由于电缆老化进水，发生短路。该线路馈出开关644没有动作。其所在6KV配电室该段进线开关06406开关动作跳闸。当时该配电室使用老式晶体管继电器，考虑进线及负荷保护本身动作时间上不存在级差故造成越级。

2011年9月对该6KV配电室进线了设备更新改造，投入使用了南京盘能综合自动保护装置。

2012年8月某夜，天气雷雨。风井6KV配电室至员工大厦配电室线路钢带铠装纸绝缘电缆再次发生短路。该线路馈出开关644仍然没有动作。其所在6KV配电室该段进线开关06406开关动作跳闸。

而在此之前，线路保护曾经正确动作过，且保护的厂家经现场检查发现保护板没有显示，承认保护装置处理芯片板故障，并予以更换，因此没有怀疑保护用电流互感器的特性。因此形成一个误导：事故是由保护装置本身误动造成的，也致使后来的事故分析和处理走了弯路。

2013年7月某天，天气雷雨。工人村配电室线路再次短路06406开关断路器限时速断保护动作(故障电流为24.7A，定值为22A)，断路器跳闸，又一次造成该段开关掉电。现场06404开关显示“电流Ⅰ段动作”。后有抢修人员到达现场后逐个对负荷开关绝缘测试后确认644负荷电缆相间短路。对其切除后，对6kV其它线路逐条试送电成功，然后对644条线路进行寻线检查。经检查：644线路接线盒有短路现象。按照实际情况，该线路的保护都应动作跳闸，难道该线路保护装置又有故障？但现场在二次侧进行升流试验装置无异常。可见6kV系统的一次设备应该存在着缺陷，必须对保护用电流互感器进行特性试验。644开关采用300/5 CT，试验后发现当一次侧升压到6-7倍的时候其二次侧电流斜线已经严重弯曲，铁芯已趋饱和。二次侧输出极限电流在32A左右，线路短路故障时，达不到速断保护的动作值38A，造成线路保护的拒动。可见该类型的电流互感器的特性不能满足保护的要求。虽然结论出来了，但仍然有疑点须进行分析。

采用同类型互感器的主变6kV进线开关06406保护为什么能够正确动作？查阅保护定值单，开关06406侧互感器的变比为600/5，限时速断保护定值为22A，故障时互感器只要通过4.4倍的额定电流就能达到保护的动作值，此时互感器并没有饱和，保护能够正确动作。

至此，可以有如下结论：以前发生的多次越级跳闸事故，皆是保护用电流互感器的特性不满足要求造成的。

4 采取的措施

该配电室所有的6kV出线都有单独的测量、计量电流互感器，型号为LZZW-10，准确级0.5/10P，10P绕组没有使用，将所有出线保护的电流回路改接在该类互感器的10P绕组上，现场测试满足保护的要求。经过近几年的运行实践，线路的限时速断保护都正确动作，没有发生越级跳闸事故，说明困扰多年的缺陷已经消除。

5 结语

由此设计时不应忽视保护用电流互感器选型的重要性。避免由于互感器的饱和造成的保护拒动事故的再次发生。