礦井防爆開關越級跳閘綜合預防及改進技術研究

摘 要：煤礦綜采區的環境通常較為惡劣，如果高壓電纜出現嚴重受損情況，就很容易造成高壓電纜的絕緣擊穿，進而形成短路。而如果出現了越級跳閘，并且直接到遠端采區的變電所，那么不僅會導致開采中斷，還會直接地影響到井下得各級風機送電，嚴重危脅到井下煤礦工人的生命安全。目前，總結煤礦井下電網出現越級跳閘的主要原因，就是電流保護的時間級差難以配合、電流互感器出現誤差而導致保護越級錯誤動作，同時存在煤礦井下采用的高壓防爆開關的配套性差。要針對煤礦井下電網的越級跳閘等問題加以科學防范，就應當通過網絡化的技術，真正實現該高壓供電系統的保護閉鎖，新增DL-32型電流繼電器，縮短BGP系列高壓防爆開關的動作時間，同時，還應改造高壓保護器，有選擇、準確地切斷故障。

關鍵詞：高壓防爆開關；越級跳閘；礦井供電系統；動作時間

隨著煤礦類企業的飛速發展，礦井在規模方面也逐漸地變大，礦井的生產運行環境方面也顯得更為復雜。由于在礦井綜采方面，其所主要應用的6千伏電源，大多由煤礦采區的變電所以及中央變電所等直接提供。但是，鑒于綜采區的工作環境通常較為惡劣，則高壓電纜在使用中，常常被來回拖拽也是正?，F象，一旦在不經意間受到損害，就很有可能導致電纜的絕緣被擊穿，從而最終形成短路現象[1]。此時，地表上的高壓開關柜馬上就會工作，井下目前經常使用的高壓防爆開關很多都配有智能綜合保護器，但是在問題發生時卻難以保護，經常無法實現瞬間跳閘，結果出現了上一級的保護電路已經選擇跳閘之后，該高壓防爆開關才啟動失壓跳閘的現象。這種越級跳閘后果相當嚴重，因為常常導致對井下不同地點的風機產生影響，而這極容易導致瓦斯在礦井內匯集，威脅到井底下礦工的生命安全；并且一旦開關越級跳到了中央變電所，難問題將會更加嚴重，甚至會導致系統失靈。因此，對越級跳閘的保護原理進行分析，對于實際的生產工作有著極為重要的作用。

1 煤礦井下電網出現越級跳閘的主要原因剖析

1.1 電流保護的時間級差配合性差

鑒于煤礦井下的饋線供電線路的級數往往較多，并且主要受到上一級的掌控，過電流的保護時限決不能超過規定的定時限，然而， 0.5秒這一特定的時間級差，往往很難以實現這種級數多、以及過電流保護時限的相互配合狀態。

1.2 電流互感器的誤差導致的保護越級相關動作

因為電流互感器的電路保護級別相對降低，從而不同的電流互感器可以感應出不同的磁化曲線，另外斷路保護器在工作中的工作機理主要是用電磁式保護，導致整定以及和動作值在保護的過程中，會存在一定的誤差[2]。在短線路方面，往往會產生上一級啟動動作，而下一級卻不啟動動作。假若在兩個節點間的保護動作值出現較小差別，另外由于電流互感器之間，也往往會有一定的誤差，所以就有可能導致保護越級的錯誤行為。

1.3 煤礦井底使用的高壓防爆開關并不配套

目前國內在短路保護方面明文規定在要求動作的方面必須少于0.1秒，也就是說在煤礦中供應電量的最高級別的開關在短路的保護中動作時間最高是0.1秒，而在這么短的時間之內完成對保護器和時間的配合，在理論以及目前國內設備的研發水平方面都是一個巨大的挑戰，很難完全得到實現。井下高壓防爆開關的總動作時間，為保護器動作時間加上防爆開關固有的動作時間[3]。當發生短路現象的時候，速斷動作時間卻難以達標，在時間上，往往會超過0.1秒。這樣的直接后果，就是地面上的高壓開關柜在反應方面往往快于井底的鋼壓開關，這樣就很容易出現跳閘的現象，威脅到生產安全。

2 預防礦井電網產生越級跳閘的綜合技術改進方案

2.1 利用網絡化的技術完成煤礦井底高壓供電網絡的保護閉鎖

為了更好地解決井下高壓防爆開關的越級跳閘的問題，通?？梢愿郊泳C合的保護性裝置，利用專門的防止越級跳閘的通信接口，以及專用的通信網絡技術來實現[4]，同時，還可以利用線路光纖的差動保護特性，并在網絡智能識別技術的基礎上而加以保護，這樣就可以在一定的程度上解決掉越級跳閘的問題。利用網絡的通信技術，將供電網絡上級與下級之間的信息進行相互快速傳遞，從而實現高壓線路保護系統之間的閉鎖功能，在根源上就能達到解決礦井高壓供電系統中異常的越級跳閘等相關問題。

2.2 新添加DL-32型的電流繼電器，并減少BGP系列的高壓防爆開關動作所需時間

減少保護動作的時間，將井底高壓防爆開關在智能綜合保護器的采樣與處理，以及輸出等多余環節予以保護，更好地實現電流速斷保護，電流繼電器應該采用比GL型的動作時間更為快捷的電流繼電器。也可以把高壓防爆開關的原電流互感器中的2K1、2K2去電流源模塊棄置，而另外加入兩個DL-32型的電流繼電器，以此來保護電路[5]。還可把原來的高壓防爆開關中已有的短路保護部分，當做后備的保護。這樣，通過重新設計以后的BGP系列的高壓防爆開關，因為其短路保護系統可以直接地作用在電流繼電器上，結果能夠有效減少速斷保護中出現跳閘的時間，提高了井底高壓防爆開關的頻率，有效降低了越級跳閘的頻率。

2.3 改進高壓保護器，準確、有選擇地切斷故障

在高壓保護器的設計中，電流的三段保護機制必須予以高度重視，并且要保護定值，從而實現依照計算值的任意整定功能；并且將時間延時進一步細化，爭取在0和3秒之間任意調整；同時，也可以是采用光纖材料，通過光纖與控制點之間的斷路器保護裝置實現相互通訊[6]，但要求各個斷路器間的保護裝置，必須具備保護的所有功能，這樣才可以保證安全，而在其單獨的對故障進行處理時，系統通過分析各監測點出現的故障和實時參數，并在了解故障的原因以及發生點之后，合理的斷開故障；本級的斷路器不動時，可以根據之前在系統中做的設定觀察具體情況，并隨著啟動上一級的斷路器后，一直往上級追溯，一直到完全解決故障為止；在通訊出現中斷以及保護系統產生故障的時候，該斷路器可以啟動保護裝置，并且可以實現獨立的保護作用與功能。

3 結束語

總之，對于礦井防爆開關的越級跳閘問題，技術上，可以從高壓供電網絡體系和BGP系列的高壓防爆開關動作。時間上，進行科學的優化，同時另外結合高壓保護器來進行相關的技術改進升級，從而確保煤礦供電系統的安全性、可靠性、經濟性。

參考文獻

[1]吳文瑕，陳柏峰，高燕.井下電網越級跳閘的研究及解決建議[J].工礦自動化，2008（6）：117.

[2]喬淑云，李德臣.礦井高壓電網防越級跳閘保護系統設計[[J].徐州工程學院學報（自然科學版），2011（4）：235.

[3]趙學雷，張紅兵，鄭征，等.煤礦井下供電系統的區域選擇性聯鎖保護的設計[J].工礦自動化，2010（3）：189-190.

[4]劉國才.新型煤礦供電網防越級跳閘保護系統的應用[J].山東煤炭科技，2015（1）：241.

[5] Mamoru Suzuki，Ryoichi Tsukui.Development of Substation Digital Protection and Control System using Fiber-Optical Local Area Network. IEEE Transactions on Power Delivery，2014（3）：735.

[6]李恒濤.煤礦越級跳閘事故原因分析誤區及解決方案[J].科技創新與應用，2013（26）：206.