越級跳閘防范在煤礦供電系統中的應用研究

晁輝

摘 要：井下作業面臨多種惡劣的環境及復雜條件，常使得煤礦供電系統電路常出現故障及對正常運行造成影響。如越級跳閘事故的發生將對其井下供電線路的運行及確保井下開采工作的開展發揮積極作用。本文結合現有煤礦開采實際情況，對供電線路越級跳閘事故出現的原因及應對措施進行了討論，提出了具體技術及策略，以便為后期供電安全保證及開采有效進行提供參考，以其確保煤礦開采安全及提高經濟效益。

關鍵詞：越級跳閘；保護裝置；供電線路；供電系統

煤礦生產中的供電安全至關重要，而在井下供電過程中，隨著開采的有序進行，供電線路逐漸延開采方向向前延伸，其供電線路逐漸變長，一旦發生短路等一系列故障，則容易造成整個供電線路故障及危機開采工作的有序進行。如供電線路在井下常出現的多級開關同時越級跳閘的情況，對礦區的生產及運行造成了嚴重的影響，且可能引發一系列安全事故的發生。對于此，應對煤礦供電系統運行中所出現的越級跳閘事故，相關單位應采取有效的措施加以應對，以保證礦區開采有效進行及保障安全。

1 煤礦供電線路越級跳閘出現原因及分析

關于煤礦生產中越級跳閘故障的發生，其主要原因可能是供電線路設計問題及電氣元件故障等，具體來講，主要包括以下幾個方面：

1.1開關控制電源故障；如瓦斯氣體的存在，當礦區生產中的供電線路一旦出現漏電情況等，必然造成瓦斯爆炸事故。防爆開關的設計雖可在一定程度上避免爆炸的產生，但如主線路出現問題，則防爆開關控制電路也會造成影響，即造成保護裝置運行故障，進而引起越級跳閘故障的發生及對供電運行造成影響。

1.2保護裝置故障；如保護裝置設置的目的主要是為煤礦涉筆存在安全情況時進行報警，即對其靈敏性的要求較高，如靈敏性降低，則對于設備運行可能存在的故障不能產生及時報警，以致越級跳閘故障的發生。

1.3井下環境的影響；井下開采環境較為惡劣，且空間狹小，空氣潮濕等因素對電力設備運行造成影響。如井下供電線路運行中受到諧波的干擾使得已設置的設備保護裝置受到影響，使設備誤操作情況發生及造成跳閘事故發生。

1.4電壓及其他因素；礦井設備剛開始啟動時會造成較大的電壓波動，如電壓波動在未觸及安全警戒線時則會使保護開關自動啟動，從而造成跳閘事故發生。再如繼電保護不到位，如在煤礦開采的供電設備中，往往會設定一個電壓警戒線，一旦發生電量負載就會自行切斷電源，使供電系統發生越級跳閘的現象，從而對煤礦開采的電氣設備和工作人員的生命安全進行保障。

2 煤礦開采供電線路越級跳閘故障防范措施及分析

綜合現有情況，針對前面所提及的在煤礦開采中所出現的越級跳閘事故的原因，在實際煤礦開采中應采取有效的措施加以應對及防止越級跳閘故障的發生，具體來講，煤礦開采供電線路越級跳閘故障防范措施可從以下幾個方面進行考慮，具體如下：

2.1應用現有數字化集成防越級跳閘技術；對于該方案，其主要是利用電流縱聯差動保護原理來防止越級跳閘事件的發生，其使傳統主保護階段式電流保護轉為數字集成化保護，使得其控制更加精準及有效。如圖1所示的陜西榆林神東煤礦所采用的數字化集成保護技術的防越級跳閘原理圖，具體如圖1所示。該結構有3層結構，并為實現對數據的及時全方位采集，該技術引入了GPS同步技術。其中，以上所述3層結構的過程層主要任務在于完成各間隔開關量、電流、電壓，并將數據通過光纖傳送到間隔層，以使安裝在隔爆開關里的保護器起到合并器的作用。間隔層接收來自過程層的數據，并通過集成的保護測控裝置，從而完成對整個系統的測控、邏輯運算、保護，而間隔層的控制信號也是通過光纖下達至過程層，

控制繼電器完成跳閘動作。而對于該系統運行而言，雖可以起到防止越級跳閘的目的，但對數據采用的要求及可靠性較高，且采用集成化設計，科技含量高級自動化程度高，但投資費用較高，實際開采應綜合考慮。

2.2基于電流縱聯差動保護的防越級跳閘方案設計；對于該方案，其主要是將線路的主保護階段式電流保護原理升級為電流縱聯差動保護原理來解決以上所述的跳閘問題。而對于該原理，其主要是利用基爾霍夫定律而制成，如采用光纖或電纜將線路兩端的保護裝置連接起來，以通過改變被保護線路兩側的電流及相位而對輸電線路故障進行判斷，從而確定是否需要切斷故障線路。如圖2所示，當線路出現故障（K處發生短路故障），則必然造成L2末端電流變小至零。而流過線路L2首端電流I3為短路故障電流。此時，當通過電纜獲得電流值，做差后即通過差值來判定故障的發生部位；如故障發生在線路內，則開關QF3發生跳閘，而當故障在線路外，則QF4與QF5不發生動作，可避免越級跳閘的發生。對于該種技術，其無需對其進行特殊化設計，通常只需直接接入原有的自動化系統即可，對原有電路的改造量小。同時，該類處置方式技術成熟及具有較好的選擇性，動作靈敏及可快速的切除保護區的故障。但該種方式在當母線發生短路故障時則無法解決漏電保護的無選擇性問題，因此，對于該類技術的使用則必須配置階段性保護裝置，以確保供電線路正常的運行。

2.3加強供電線路管理及對各各級開關進行保護整定；供電線路的管理也是主要的防越級跳閘事故發生的主要措施，結合現有技術及手段對供電線路進行優化，并采取有效的措施對一些供電線路設置所存在的不合理及不正確的部位進行清理或調整，如采取對各個不同系統分別供電等可對保證供電線路合理有序運行起到關鍵作用。再如對供電設備進行合理的維護及保養也是關鍵，定期排查及巡視，可對減少越級跳閘發揮積極作用。而同時，對井下各級開關進行整定也是關鍵，如合理匹配各個開關柜及防爆開關的參數，以對其供電配合方案進行優化，如在條件允許情況下放大速斷保護定值等可在避免進行盲區及防止越級跳閘狀況發生發揮積極作用。

3 結束語

綜上所述，煤礦生產有效運行必須依靠可靠的供電系統安全作為保證。而對于井下作業的特殊性及其他因素考慮，供電線路的安全保證需作為重點進行考慮。如現有礦區開采中所出現的供電線路越級跳閘事故的發生將對礦區生產造成嚴重的災害。對于此，分析礦區生產中所出現的供電線路越級跳閘事故發生的原因并采取有效的措施加以應對及防范將對保證礦區井下開采工作的順利進行及保證礦區開采安全發揮積極作用。本文結合實際情況，結合現有煤礦開采實際情況，對供電線路越級跳閘事故出現的原因及應對措施進行了討論，提出了具體技術及策略，以便為后期供電安全保證及開采有效進行提供參考。

參考文獻

[1]李偉.淺談數字化變電站預防越級跳閘[J].中國新技術新產品.2015（19）

[2]李文江，宋莉，張文超，范燕萍.基于光纖數字通信的煤礦供電防越級跳閘保護設備應用研究[J].電子技術應用.2011（04）

[3]郭安朋.有效預防煤礦供電越級跳閘的思考和建議[J].煤礦現代化.2014（04）

[4]李昆鵬.現代化煤礦供電系統整定計算軟件的研發與應用[J].中國煤炭.2014（11）

[5]閆靈俊，王田龍.淺談提高煤礦供電系統可靠性的措施[J].技術與市場.2014（05）

[6]任凌杰.煤礦供電系統和電氣設備的保護探析[J].機械管理開發.2016（09）