基于井下高壓供電短路保護系統優化的研究

張振輝

（保利能源控股有限公司山西分公司，山西 晉中 031300）

引言

井下高壓供電短路保護系統屬于煤礦生產電力系統中較為重要的構成元素。就目前而言，煤礦生產逐步朝著自動化以及機械化的方向發展，并且取得了顯著成效。機械化生產離不開電力支持，加之礦井作業具有一定特殊性，以至于機械設備經常會遭受到各種故障的威脅，高壓供電短路即為其中最為常見的一種影響因素，而分析井下高壓供電短路保護系統優化的具體方案也顯得尤為重要。

1 國內井下高壓供電短路保護系統的優化

井下高壓供電短路通常由各種因素共同作用而致，保護氣候因素、地理地質條件因素、天氣因素、設備老化及陳舊、操作人員失誤、操作人員違章等因素都可能會導致井下高壓供電短路［1］。而井下高壓供電短路保護系統優化的實踐，旨在提升系統運行環節的可靠性、安全性以及穩定性，因此優化方案必須從兩個層面進行，分別是管理層面與技術層面。

1.1 管理層面優化程序

1）不斷加大技術培訓力度。基于煤礦安全生產而言，井下高壓供電短路保護系統整體優越性是提升生產水平、提升安全性能的重要保證，而加大技術人員整體培訓力度則是實現這一目標的重要手段。通過開展技術培訓活動，在豐富技術人員各項理論知識的基礎上，使之熟悉各種操作流程，并及時掌握各種新型技術，待故障出現之后，能夠及時找準誘發因素，并采取各項措施予以解決。

2）強化電氣設施日常養護工作。日常養護是預防故障出現的關鍵性措施，同時還能保證電氣設備始終處于可靠性、安全性以及穩定性的運行狀態中，因此必須不斷強化電氣設施日常養護工作。首先，針對老舊的設備，需予以及時整修，確保其運行的順暢性，用以提升其生產效率；其次，針對時間久遠且已經老化的設備，需予以及時更換，防止設備因素給企業帶來巨大經濟損失與安全隱患；最后，針對各種新型設備，引進之后需對其進行常規檢測，并強化日常維修、保養操作，用以提升新設備使用效率與使用壽命［2］。

1.2 技術層面優化程序

1.2.1 技術層面優化方案必須滿足的條件

基于技術層面而言，在制定其優化方案時，必須以井下作業情況作為基本出發點，再結合地形、地勢、天氣、氣候條件等因素制定優化方案。而技術層面優化方案必須滿足的條件如下：首先，能夠有效限制井下高壓供電短路故障時的電流極限值；其次，確保地面過電流保護的動作值及井下過電流保護的動作值間的協調與配合；最后，提升供電線路短路保護系統的整體運行效率、穩定性以及可靠性［3］。

1.2.2 技術層面優化方案實踐程序

在對上述條件進行研究與考量的基礎上，其優化方案建議采用限流電抗器及兩段配合三段式的電流短路保護系統。保護系統見圖1。

圖1 井下高壓供電短路保護系統

在該方案中，將 PM1、PM2、PM3、PM4、PM5設定為各電路負荷小組中電動機額定容量中的最大限值，處于500kW～280kW之間。在電壓為6kV的QF開關上安設一個三段式的高壓供電短路保護系統，將定時限過電流時長設定成1.5s，使之和下面的四級限時電流速斷保護能夠相互配合。同時，將本級限時電流速斷保護的參數設置成1.2s，瞬時電流速斷保護則保持常規模式，用以對L1線路前段的安全進行有效保護。在系統末端設置支路開關QF5.1，將其設為定時限過電流與速斷兩段式的保護模式，其中定時限過電流具體時限值以0.2s為其最短時限，變壓器速斷保護動作電流的設置模式會隨之發生改變，以全線速度保護值作為其參照指標進行處理，而變壓器速斷保護動作電流會超過定時限過電流。

在該井下高壓供電短路保護系統當中，線路開關分別是 QF1、QF2.1、QF3.1、QF4.1，將其設置成兩段式的短路保護模式，為短階梯限時速斷及定時限過電流。其中，QF1與QF2.1開關處限時電流速斷保護應當對電抗器L進行充分考慮，所以必須將間隔數值擴寬，用以確保縱向的選擇性。除此之外，在對參數進行設置時，該參數應當在QF開關限時電流速斷定值和QF2.1開關限時電流速斷定值之間進行選取。

該井下高壓供電短路保護系統當中的所有線路均為6kV，長度最大值是2.9km，所以M2、M3、M4和M5之間供電短路電流并不會出現太大差別，同時 QF2.1、QF3.1和 QF4.1之間限時電流速斷的電流差值通常不會變大，部分開關之間還會出現電流相同的情況。可見，縱向的選擇性通過對短階梯電流時限進行合理利用，即可最大限度提升電路系統整體可靠性。不但如此，行下高壓供電短路保護系統優化以后，各條線路均以限時電流速斷保護作為其主要保護方案，定時限過流保護就成為其后備性保護方案，有助于提升高壓供電短路保護系統優良性及可靠性［4］。

在對該井下高壓供電短路保護系統進行試用之后，發現該系統能夠最大限度防止越級跳閘等問題的出現，較之優化以前的系統，該系統的斷電速度也得到了顯著提升，在控制短路電流等方面都發揮著重要作用，而供電設備出現各種故障的幾率也因此而得到控制。

2 結語

煤礦資源生產對于生產程序的嚴肅性、謹慎性、可靠性、安全性以及穩定性等方面都提出了較高要求。為了提升礦產生產效率的最大化，為企業帶來更多經濟效益，需要企業不斷優化其井下高壓供電短路保護系統，通過嚴格把握管理層面與技術層面的優化程序，確保該井下高壓供電短路保護系統充分體現其價值。

［1］ 朱彥麗，張奉強，杜曉許，等.井下高壓電網越級跳閘原因分析及預防措施［J］.科技視界，2013（25）：336-337.

［2］ 張根現，馬星河，張傳書，等.井下高壓電網防越級跳閘系統研究［J］.煤礦機電，2012（2）：156-158.

［3］ 張國桃，秦國有，連紅飛，等.基于小波變換和行波測距的井下高壓電網線路選擇性速斷短路保護方案［J］.煤礦安全，2013（8）：163-165.

［4］ 董玉杰，劉海波，劉學斌.基于Profinet的井下保護與監控一體化方案［J］.電工技術，2014（10）：44-47.