煤礦供電系統防越級跳閘技術應用

孟令義

摘要：在我國煤炭開采過程中，由于地理條件、技術條件、管理條件等因素不同，以及其他相關因素的差異性和不確定性，致使煤礦企業供電系統越級跳閘問題普遍存在。這將給煤礦開采帶來諸如大面積停電、電纜著火等方面的極大安全隱患。因此，結合保德煤礦在實際生產過程中出現的供電系統越級跳閘問題，分析了其原因，根據相關問題的規律性，總結經驗，并提出了具體的解決措施。

關鍵詞：煤礦供電;防越級跳閘技術;煤礦安全;繼電保護

引言

由于煤礦行業屬于高危行業，且工作人員的日常工作環境也是十分的惡劣。這就使得工作人員在進行電纜回采的流程時，如果進行一定的摩擦或者供電系統使用了非常多的電量變頻器，以及在這一過程當中還使用了軟起動器等裝置，就會導致工作系統的諧振過電壓過多，容易使得煤礦內部的設備產生爆炸，這就是導致煤礦供電設備出現高壓短路故障的根本原因。

1煤礦供電系統所出現越級跳閘現象的成因

礦井作業環境通常是封閉的、陰暗潮濕的，并且巷道往往都較為狹窄，因此，不利于作業人員開展相關工作。因為各個電路電流極為近似，由短路引發的電流會迅速飆到幾千多安，這樣極易使位于短路處級別以上的開關達到跳閘保護限制，若是遇到靈敏度更高的上一級開關，跳閘現象就會在此處瞬間發生，這就是常說的越級跳閘現象。該現象的嚴重程度若是一直提高，將導致地面的變電站開關出現跳閘現象，引發煤礦內部廣范圍停電現象的出現，有時還會引發主扇停風等事故的頻繁出現，后果的嚴重程度可想而知。分析、研究表明，引發井下煤礦電路系統頻繁發生越級跳閘結果的原因非常多，總的表現在下面三方面：

1.1短路保護整定難度提升

因為井下的煤礦供電系統具有復雜性，在線路零秒速斷保護中缺乏保護區，只要線路故障產生，處于上級及幾級之上的大部分開關都難以對線路電流發生的微妙變化進行感知，此時，多級開關零秒速斷保護器會瞬間發生跳閘，這是越級跳閘的原因所在。并且大多數井下的供電系統缺乏時間級差，因此，過流保護整體存在較大困難，只要短路故障發生，越級跳閘就會立馬出現。除此之外，煤礦井下頻繁出現的防爆開關拒動問題也是引發越級跳閘現象的因素之一。

1.2光纖縱差保護的效果較差

目前，為井下供電系統提供保護的主體一般是光纖縱差保護。雖然該保護可以對越級跳閘問題進行一定避免，然而線路系統通常包含多端線路，簡單的也是三端線路，解決起來較為困難，通常是由于光纖縱差保護所涉及的理論基礎以兩端線路理論為主，這對于三端線路的解決是存在不足的。

1.3失壓保護整定難度高

在開關拒動現象出現時，大多數煤礦井下的保護線路會瞬間處在失壓保護的狀態中，并且一些開關還將出現不同程度的延時問題，這給失壓保護整定帶去了難題。除此之外，部分失壓保護器的脫扣值精準度不高的問題也是影響失壓保護整定的一大因素。若短路故障出現的位置和母線之間具有很近的距離，那么母線失壓現象就極易出現，也會較易引發其他開關保護系統越級跳閘問題的發生。另外，井下所安置的開關的整體質量及作業人員的動作快慢同樣是引發越級跳閘問題的關鍵因素。

2煤礦供電系統中越級跳閘存在的問題

電氣設備和短電纜是煤礦開采過程中供電系統主要組成部分。電纜的抗阻性能相對其他材料較差，在實際生產過程中，礦井中兩端的電纜短路電流的差值通常較大，與此相反，與電纜的兩端短路電流的區別不大，因此，相關工作人員很難區分這2種情況。國內大多數礦井的高壓保護措施不完善是供電系統的問題之一，易使供電系統保護失靈，進而導致較低的保護不能正常使用。當這種問題出現時，供電系統的上級保護裝置會自動啟動，這是越級跳閘現象發生的主要原因。以下對煤礦企業實際生產過程中常見的原因進行討論。

2.1保護控制裝置損壞

保護控制裝置是一個可以保證供電系統正常運行的設備，主要用來控制供電系統的安全性。合適的保護控制裝置對煤礦企業供電系統來說極其重要，同時，也將提高保護控制裝置的性能，只有保護控制裝置的高性能才能滿足礦井中關于保護控制裝置的相關標準。保護控制裝置的作用主要是在煤炭開采過程中或設備運行中出現問題時及時報警，因此，該裝置需要有極高的敏感性、反應性。如果一開始保護控制裝置由于自身誤差等原因啟動緩慢，則會導致設備和生產過程的敏感性降低，這會使得該裝置不能及時反映問題而引發事故。此外，如果保護控制設備自身存在問題，將對相應的危險信號做出錯誤的判斷，從而導致越級跳閘問題的出現。

2.2礦井內部環境惡劣

煤礦井下開采與露天礦相比，礦井中空間有限、存在有毒有害氣體并且濕度較大，這些因素的聯合作用會對礦井中的電力設備造成一定程度的損害。如電力系統的變頻器會在這種條件下產生一定的故障。

2.3電壓問題

煤礦開采是一項復雜的工作，需要使用各種電氣設備，特別是在煤礦開采的前期階段，需要運行各種各樣的設備和機械，很容易導致短期內電壓不穩定。此外，外部環境因素也是影響電壓不穩的重要因素，易引起電壓發生波動。在電壓波動的瞬間并不會觸及安全警戒線的臨界值，保護開關會自動啟動，導致越級跳閘。

3防越級跳閘技術分析

3.1運用常規電力設備解決越級跳閘

因為在實際的煤礦作業中，一部分常規的電力監控系統的主要的工作原理是根據煤礦井外的變電所的電力供給，來對煤礦內部進行相應的觀察與監控，但是如果內部的電網設備出現了故障，就會引起非常嚴重的安全問題，而且如果想要進行設備維修，由于煤礦內部的環境并不是特別好，煤礦井下的內部空間較為狹窄，并且周圍的環境還十分惡劣，這就導致了煤礦供電系統相關防越級跳閘設備的安裝十分困難，比在煤礦井下的日常作業要難得多。

3.2運用智能配網解決越級跳閘

而如果在對煤礦的供電系統防越級跳閘裝置進行安裝的過程中，采用智能配網的有效辦法，就可以在很大程度上提升設施的安裝效率以及運行效率，并且還可以把之前本來就有的很大一部分的，煤礦井下本身就存在的一些必不可少的高壓微機保護的設備和線路，比如說非常重要的總線RS485，把這一重要的通信設備可以在原有的基礎之上轉換成為RJ45（以太網），并且，在煤礦供電防越級跳閘設備所需要運行到的所有的系統保護設施，都必須要采用到煤礦供電站內部所具備的防爆交換機，并且只有利用這一設備，才能把電能接入進煤礦井下，所以，在設備的安裝難度上來看，智能配網的安裝具有非常大的便利性，運用智能配網可以從根本上解決越級跳閘。

3.3運用集成保護解決越級跳閘

對煤礦內部的工作設備在工作時產生的電壓電流的數據進行全面的采樣及分析，在所有的設備都在正常工作的情況下，把相關的電子數據以及資料輸入到地面上的地面保護設備中，這樣就可以對以后的煤礦工作，以及與其相關的一些設備的運行流程實施實時的監控管理，從而在根本上防止因為電力產生波動的時候，工作人員沒有及時發現而導致的越級跳閘現象的發生。

結語

提升防越級跳閘技術在現代煤礦供電系統中的運用效果對于促進煤礦企業煤炭開采率的提升相當關鍵。井下作業通常具有封閉性高、陰暗潮濕的特點，常常是電路故障頻繁出現的關鍵位置。為了促使供電系統運行效果的高效實現，必須給予該問題高度重視。

參考文獻

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