礦井供電系統預防越級跳閘分析與處理

□王永亮

一、引言

煤礦安全生產，是煤炭行業永恒不變的研究課題。它涉及到從采煤、到運輸、到裝運火車(汽車)等方方面面。涉及保障措施從供電、到通風、供水等各個環節。特別是煤礦生產有其本身條件的特殊性，如果通風不良，井下瓦斯容易聚集、井下施工作業面照明不暢，容易造成安全事故。比如韓城礦務局最早的75事故(1975年)，安檢員回家看電影，由于通風不良，瓦斯濃度飆升沒有及時稀釋，逐漸堆積造成重大安全事故，涉事安監員被依法逮捕。94事故(1994年)內蒙古煤炭工業聯合集團公司下屬雞西礦務局發生瓦斯爆炸，事故原因有六條，其中最重要的一條是井下通風管理混亂。可以毫不夸張的說，煤礦幾乎所有重大安全事故，都來自瓦斯濃度超標。瓦斯濃度的降低離不開通風作業的安全可靠通風作業的安全可靠，離不開供電系統的安全運行，供電系統的越級跳閘是對井下安全的嚴重挑戰，給國家、社會、家庭、個人帶來嚴重的災難。為了更有效地應對類似安全事故，陜西煤化集團韓城礦業所屬下峪口煤礦(以下簡稱下峪口煤礦)，于2014年對井下供電的7個變電所、84臺高壓開關的保護器進行整合(電光、濟源、武進)。通過三方招標形式，改造電力監控、集中遠程自動化控制，以便能及時處理供電系統防越級跳閘事故。集中遠程自動化控制改造，是對現有投運的高壓開關設備保護器改造，使其具備電腦一鍵停送。通過電腦控制，在供電故障狀態下發出相關層級的阻斷信號，降低供電大面積跳閘，以防越級跳閘。進一步降低供電中斷，預防事故擴大蔓延。

二、預防越級跳閘

所謂預防越級跳閘是利用6kV高壓開關之間短路閉鎖信號閉鎖上級開關電流速斷功能，讓下級開關速斷跳閘來解決井下高壓供電系統短路越級跳閘問題。由于井下生產環境變化，設備及電力監控配合存在著內在和外在問題，現就供電系統運行中出現的供電越級跳閘事件，保護系統沒有起到相應的作用進行分析和改進。

(一)核心部件預防越級跳閘控制器。預防越級跳閘控制器是其中主要的控制部件。整個供電系統中關鍵節點跳閘命令都是由控制器處理的，其特點如下所示：一是采用邏輯電路直接控制，省略了計算機比較、通訊時間，避免通訊錯誤引起的故障，反應速度快，可靠性高。二是閉鎖信號級聯上傳，每級開關只閉鎖它的一臺上級開關，線路簡單、負荷小，一臺開關拒動，不影響其它開關的正常閉鎖和解鎖。三是具有后備保護功能，一級開關拒動，其上級開關跳閘保護，確保短路線路被及時切除。四是開關實時檢測線路的電流值，根據有無短路電流出現情況自動閉鎖和解鎖，無需進行整定和調試。

只要依據預防越級跳閘閉鎖控制器特點，充分合理運用預防越級跳閘閉鎖控制器，就能降低越級跳閘事故。

(二)預防越級跳閘系統組成。圖1是典型煤礦供電系統防止短路越級跳閘閉鎖示意圖。控制器通過安全隔離器與高爆開關內的DSB-600B型保護器配合使用，井下變電所每一段供電母線對應安裝一臺(16臺開關以下)或多臺(每16臺開關一個)防止越級跳閘閉鎖控制器，組成一個防越級跳閘閉鎖系統。其中DSB-600B的特點如下[2～4]：一是與變壓器和低壓綜合保護箱配套組成了低壓側故障分斷變壓器高壓側電源的運行模式。二是高壓隔離開關腔設有觀察窗，便于觀察觸頭分合是否良好。三是結構合理、操作方便，并具備電動合閘及手動儲能合閘雙重機構。四是高壓真空斷路器分斷容量大(真空管為400A)。五是對變壓器具有溫度保護功能。六是采用PLC和人機屏系統，參數設置靈活方便、質量穩定、動作性能靈敏可靠、運行和故障畫面直觀簡明。七是具有系統自檢、故障診斷巡檢及記憶功能，能夠實時檢測并數字化顯示運行狀態及故障指示，便于系統使用、維護和故障判斷處理。

圖1 煤礦供電系統防止短路越級跳閘閉鎖示意圖

通過合理使用DSB-600B型保護器與系統的連接，就能較好地克服預防跳閘問題。其原理如下：在井下變電所內，同一條母線上連接的所有分開關智能保護器測試短路的閉鎖信號到越級跳閘閉鎖控制器中，閉鎖控制器收到信號后，輸出一個閉鎖信號，閉鎖該母線的總開關，確保同一條母線上任何一個分開關，下接電路短路時總開關都得到閉鎖。井下每個變電所只需要向上一級變電所傳送本變電所總開關的短路閉鎖信號即可，對于兩回路供電線路只需要一根四芯礦用光纜就可以完成變電所之間防止短路越級跳閘級聯信號傳輸。

三、下峪口煤礦越級跳閘分析與處理

(一)下峪口煤礦井供電現狀。韓城礦業公司下峪口煤礦歷史悠久，自1970年建礦以來，隨著國家需求的增大，不斷加大生產能力，地下供電系統隨著掘進尺度的加深，不斷的變化，這給地下供電系統造成很大的復雜性和安全隱患，供電系統必須滿足以下供電條件。一是供電要可靠。可靠包括供電線纜、設備的耐潮濕、耐磨、耐移動。二是要保證設備的功率足夠，隨著掘進尺度的加深，連接的設備越來越來越多，合理充分的功率設置是保障安全的必要條件。三是設備要利于具體工作環境的安裝和檢修。

圖2 下峪口煤礦井供電布局示意圖

如圖2所示是下峪口煤礦井供電示意圖。供電流程是立井35kV變電站分別向井下中央變電所、300北翼變電所、風機回路供電。2～3采區變電所由上述兩個變電所供電。2～1采區1#通過300北翼變電所供電，風機回路通風供電。300南翼變電所由300北翼變電所供電，電風機回路通風供電。2～1采區2#通過2～1采區1#并聯供電。

(二)下峪口煤礦礦井供電存在的問題分析。雖然安裝了防越級跳閘系統但并沒有起到作用，造成越級跳閘的原因總體來講可能是，一是系統所要求的閉鎖條件有沒有達到；二是系統中開關定值設置是不是合理，有沒達到閉鎖條件。根據在現場幾天的摸查發現：

井下變電所有些高開的閉鎖信號斷開，不能閉鎖其上一級開關：閉鎖信號中斷的原因有的是光電轉換模塊損壞；有的是傳輸線路中斷；更多的是保護器問題，其中有一批保護器外殼就有明顯的錯漏(同一臺保護器兩個地方標注的端子定義竟然不符)，打開外殼可以發現這些保護器是2012年甚至是2009年的淘汰產品，這些保護器平時可以使用，但是用在系統中就會出現問題。

井下中央變電所與地面開關柜傳輸閉鎖信號的光纜斷開，閉鎖信號中斷，再加上入井柜子速斷沒有延時，導致在出現短路電流時越級跳閘。2～2變電所進線從延伸中變改到+300北翼變電所后，相應的防越級閉鎖信號沒有改過去。北軌兩個變電所由于環境比較差，經歷底鼓變形及相應的拉底后，部分信號電纜拉脫，沒有及時進行處理。井下高壓開關的定值設置不是很合理。部分閉鎖控制器信號板出現問題。

(三)下峪口煤礦礦井供電跳閘的處理。經過上述分析和實際排查提供如下解決辦法。一是逐個變電所排查解決發現的問題：更換老舊保護器及損壞的相應配件；恢復中斷的閉鎖信號；對高開進行檢修維護，及時處理發現問題。二是敷設2～2變電所至+300北翼變電所的閉鎖信號光纜。三是恢復延伸中變到地面35kV變電所的閉鎖信號光纜。四是合理設置速斷保護值，在不同應用場合選擇不同的保護值。地面工作面適的設置高些，地下工作面根據實際情況設置低些，但都要根據實際設備功率滿足安全條件。

四、結語

煤礦安全無小事，特別是供電系統，它直接關系到井下安全。不論是動力采煤、還是安全通風、降低瓦斯濃度，它關系到整個生產安全，是對生命的尊重，涉及千家萬戶的幸福。本文中結合實際給出陜西煤化集團韓城礦業公司下峪口礦預防跳閘案例，希望對煤礦行業有所借鑒。