礦井供電防止短路越級跳閘問題研究及應用

羅 偉

神東煤炭集團大柳塔煤礦機電信息中心，陜西榆林 719315

0 引言

煤礦安全供電是安全生產(chǎn)的重要保障，實現(xiàn)安全供電之基礎是確保供電保護裝置的完備性、可靠性、靈敏性。隨著機械化采煤的廣泛應用，井下生產(chǎn)的工作面在不斷的擴大與延伸，高壓供電線纜與設備都已深入末端，同時低壓系統(tǒng)也向前延伸，大型設備與控制系統(tǒng)廣泛的應用于生產(chǎn)之中，加大了煤礦安全生產(chǎn)的管理難度。據(jù)相關調(diào)查顯示，在許多煤礦事故中，由電火花引發(fā)的瓦斯與煤塵爆炸事故占50%，由觸電事故引發(fā)死亡的人數(shù)占64%。通過數(shù)據(jù)顯示可以發(fā)現(xiàn)，供電設備與供電線纜的安全，是煤礦安全生產(chǎn)之保障。然而，在煤礦生產(chǎn)中，煤礦供電越級跳閘是最嚴重的安全隱患，如何進行越級跳閘控制，成為目前煤礦企業(yè)亟待解決的問題。

1 煤礦供電現(xiàn)狀概論

由于煤礦都是井下作業(yè)，工作環(huán)境條件惡劣，線纜的來回拖拽和井下供電系統(tǒng)大量運用軟起動器與變頻器等生產(chǎn)設備，所產(chǎn)生的諧振過電壓制造一次性的設備爆炸，進而出現(xiàn)煤礦高壓短路現(xiàn)象發(fā)生。在現(xiàn)階段的供電系統(tǒng)中，大多是由短電線分級組成多個網(wǎng)絡，運用線路級聯(lián)的供電方式，傳統(tǒng)三段式的電流保護速斷按其規(guī)程整定0S延時（保護裝置只有固定動作無人為延時）的情況下，失去選擇性，這時在井下的防爆開關運用微機保護就會發(fā)出跳閘命令，同時由于井下斷路器大于入井間隔斷路器時切除井下所發(fā)生的短路現(xiàn)象，當?shù)孛娴娜刖g隔斷路器跳閘后，井下所有的供電間隔也會造成失壓脫扣繼電器沒有動作而出現(xiàn)失壓跳閘，進而造成井下集體停電現(xiàn)象。不僅影響正常生產(chǎn)，同時也會因為通風機的停運而造成瓦斯聚集，嚴重威脅井下操作人員的生命安全，因而在煤礦生產(chǎn)過程中，提高供電可靠性解決跳閘問題具有重要的現(xiàn)意義。

2 煤炭供電越級跳閘原因分析

越級跳閘是指超出故障線路之外的開關出現(xiàn)跳閘造成的停電現(xiàn)象，同時也會影響非故障線路的停電，擴大其影響范圍。產(chǎn)生越級跳閘的原因不僅僅是短路保護故障造成上級跳閘，同時還存在以下幾種現(xiàn)象：

2.1 繼電保護故障引起的越級跳閘

由于煤礦大多是短線路的供電系統(tǒng)，線路的長度常常不足5 千米，線路的首末電流相差甚小，尤其是在不同狀態(tài)運行時，電流值分段保護不能區(qū)分故障位置。在煤礦中通常運用分段延時的跳閘保護，在級數(shù)太多的情況下，總開關的延時時間累積太長，超出短路保護時間規(guī)定，因級差時間與開關動作的時間差，延時設置沒法應用其中，進而出現(xiàn)在過流的時候開關會啟動跳閘保護，上級開關則會越級跳閘。另外由于線路短、電阻小、電流大、短線路的電流比上級開關電流大，超出了最大速斷電流，就會造成上級開關直接保護跳閘的越級跳閘現(xiàn)象。

2.2 電源開關引起的越級跳閘現(xiàn)象

在煤礦井下沒有專用的防爆電源與后備電源，對開關的保護與控制裝置的電源均從開關的主電路電源側(cè)接入，如果開關的主電路一旦發(fā)生短路、諧波、失壓、尖波等故障時，需要接入的監(jiān)測、保護與控制，但此時的保護裝置也是處于故障狀態(tài)，不能起到保護作用而導致越級跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3 保護設備性能差導致的越級跳閘現(xiàn)象

由于煤炭企業(yè)在運營的過程中，過分追求利益，對煤礦設備質(zhì)量控制不嚴。現(xiàn)階段，在我為煤礦使用的保護控制設備中，普遍出現(xiàn)誤差大、檢測缺乏精準度與靈敏度、CPU 運算的速度緩慢、反應時間誤差太大、實際運作值與設定值的差距大等現(xiàn)象而導致越級跳閘現(xiàn)象發(fā)生。在現(xiàn)有的保護設置中，硬件設施不完善、軟件缺乏的故障自檢與自閉功能，因而在出現(xiàn)保護設置接線錯誤或互感器故障、斷線時就會出現(xiàn)保護設備檢測不到而拒絕保護，進而出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.4 電源開關質(zhì)量問題而導致的越級跳閘現(xiàn)象

目前很多煤礦企業(yè)對電源開關的質(zhì)量沒有統(tǒng)一的標準。由于機器結(jié)構(gòu)復雜、傳動的環(huán)節(jié)多、設備動作不具可靠性等原因，造成開關不能按設定時間與動作運行，進而出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象。

2.5 漏電保護缺乏選擇性造成越級跳閘現(xiàn)象

在煤礦的供電系統(tǒng)中，由于中性點的高阻抗接地與不接地系統(tǒng)，在出現(xiàn)接地漏電現(xiàn)象時對漏電線路的選擇不易判斷。為預防接地造成的災害性事故，《煤礦安全規(guī)程》457 條明確指出，礦井高壓電網(wǎng)，必須施行單相接地電容的電流不能高于20A，對裝設有補償性裝置的電網(wǎng)，在電網(wǎng)漏電線路進行選擇時更困難，通用的功率方向性漏電選擇失效，進而出現(xiàn)接地漏電保護失效，出現(xiàn)漏電保護失效而引發(fā)越級跳閘

3 煤礦供電防止短路越級跳閘策略

1）越級跳閘保護系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展。越級跳閘保護系統(tǒng)是建立在數(shù)字化的變電系統(tǒng)與光纖網(wǎng)絡通訊的基礎之上，在集成保護裝置中實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，把各分區(qū)的開關量與模擬量全部集中于控制室中集成監(jiān)測控制器上，集成系統(tǒng)可以自由選擇需要保護的數(shù)據(jù)施行保護配置，實現(xiàn)多端聯(lián)絡線縱差。把三端及多端線路覆蓋的區(qū)域看成一個大的節(jié)點，對該節(jié)點進行判斷，從節(jié)點的平衡狀態(tài)來確定障點的位置，在饋線故障出現(xiàn)時，聯(lián)絡線停止不動作，進而有效避免越級跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)如圖1所示；

圖1 系統(tǒng)應用方案圖

2）防止越級跳閘的應用方案。運用全數(shù)字化的系統(tǒng)方案與常規(guī)計算機保護方案相結(jié)。在新礦井的建設中，運用全數(shù)字化的系統(tǒng)方案能有效實現(xiàn)人性化管理，提高煤礦供電的可靠性。常規(guī)的計算機保護方案適用于老礦井改造工作，通過改造，提高供電的連續(xù)性與安全性。實施數(shù)字化保護方案，需要對可能出現(xiàn)越級跳閘的線路全部換裝煤礦專用的智能保護器。運用光纖通訊設備將井下數(shù)據(jù)采樣同步輸送于地面變電站中的集成保護監(jiān)控裝置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化共享配置保護。

4 結(jié)論

總之，預防井下越級跳閘是煤礦工作之重點，對井下供電保護現(xiàn)狀與存在越級跳閘現(xiàn)象進行分析，提出井下供電的數(shù)字化發(fā)展方向。通過實踐表明數(shù)字化系統(tǒng)發(fā)展使供電系統(tǒng)更具穩(wěn)定性、設備功能更齊全、組網(wǎng)更靈活等特點。實現(xiàn)了保護的快速性與選擇性，有效的避免跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。

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