對礦井供電系統防越級跳閘技術的分析

李海光

（山西臨縣華燁煤業有限公司，山西 呂梁 033000）

0 引 言

一般情況，煤礦作業都是在井下進行，井下工作環境惡劣，工作空間窄小，操作人員對電纜的使用方法不正確，供電時變頻器、軟啟動器等機電設備長時間運行，因此其在運轉的時候會因為共振過電壓造成電纜短路，致使電纜著火，供電系統頻繁的出現高壓短路問題。現階段，無論是國內還是國外大部分的煤礦供電系統都是選用輻射狀電源級聯模式。此模式線路之間的間隔比較短，井下防爆開關微機保護不能進行跳閘，造成井上的變電站斷路器的動作反應時間比井下斷路器分閘時間短，以至于難以辨別出井下故障。當井上的斷路器出現跳閘現象的時候，井下的電源全部跳閘，從而造成繼電器間的壓力損失，井下大面積的停電，直接影響了生產進度及工作人員的安全，也不同程度的影響了通風系統的正常運行，導致有害氣體的聚集。所以，解決井下越級跳閘的情況非常有必要。

1 對防越級跳閘技術的分析

當礦井供電系統出現多級開關一起跳閘，則導致煤礦大規模的斷電，影響井下的生產進度及工作人員的人身安全。所以，防止越級跳閘很有必要。其中線路短、諧波及電磁干擾嚴重、漏電保護措施差、阻抗值較小等都是出現越級跳閘的因素。

目前解決越級跳閘的方法有：

1）縱聯差動保護技術是用電纜或者光纖縱向將線路兩端的保護裝置連起來，當出現短路現象時，通過對比兩端的電流和相位，系統則能夠很快的找出故障區域，然后在離故障區域最近的地方跳閘，防止了越級跳閘。此技術的優點是產生的效果較好，改進的工作量較小，對于新建的煤礦以及舊開關的改進很適用。缺點是不能保護母線所出現的故障；

2）通信級聯閉鎖技術是結合了差動保護原理和網絡閉鎖原理，出現短路故障時，短路地方的下一級從站還不能夠檢查出故障信號，檢查故障信號的保護裝置出現推遲開啟，則對上一級主站的故障信號進行封閉。如果沒接收到下級的閉鎖信號，閉鎖信號將在延時過后自動解除，然后本級跳閘。此方法的優點是通過和高速通信網絡相結合，能夠有效防止越級跳閘。此方法的缺點是改進的工作量較大，而且每一級的保護裝置都具有延時的作用，導致無法快速進行選擇。

3）通過GOOSE的防越級跳閘技術與上一個技術的原理相似。由于GOOSE通信系統不通過會話層、傳輸層和網絡層，所以信息傳送的速度很快。此方法的優點是信息傳送的速度較快，能夠很快的把故障切斷，有效的防止了由于故障處理延時使得事故的發生。第三種方法比前兩種方法的結構組成更加簡單，實效性更強以及能夠更精準的選擇出故障發生地，適用與智能變電站的建造。但是其缺點是需要更換礦井下全部開關的保護裝置，工作量太大。綜上所述，可以根據自己的情況選擇合適的技術。

2 對礦井供電系統出現越級跳閘的原因進行分析

在我國礦井供電系統出現問題的原因之一是高壓保護裝置不夠健全，造成供電系統不能完全被保護，容易保護失效，使得供電系統不能夠正常運行。出現這種情況時，礦井供電系統的上一級的保護設備將自動開啟，此現象就是越級跳閘的關鍵因素。下面是對某礦井供電系統在實際生產過程中出現的原因分析。

2.1 保護控制裝置本身出現問題

礦井供電系統的安全性是通過保護控制裝置來控制的，是供電系統能正常工作必不可少的設備。對一個煤礦來說適合本礦情況的保護控制裝置是至關重要的，合適的保護裝置還能提高其性能，以此來滿足煤礦中有關保護控制裝置的有關標準。假使因為保護控制裝置本身的原因造成不能立即判斷出出現問題，沒有即使報警，或是誤判了問題的發生，都會造成越級跳閘情況的發生。

2.2 繼電保護出現問題

所有電力系統中的機器都會設定一個電壓警戒線，當電力出現負載的情況時，電力系統會跳閘，以此來確保機器及其人員的安全。由于井下的工作空間狹小，所以大部分的煤礦都選擇短線路的供電方案。其中在礦井供電系統受保護時，過流保護會出現一個時間差的情況，此情況會造成供電系統的越級跳閘。

2.3 防爆開關出現問題

對于煤礦生產來說，瓦斯爆炸是生產過程中最怕發生的，瓦斯爆炸不僅會影響生產進度，而且直接威脅著井下工人的生命安全。所以，大部分煤礦上都會安裝防爆開關。其中在防爆開關外還應該安裝一塊專用電源及備用的電源。主開關及主電路主線上連接著防爆開關，假使防爆開關受到破損，則直接會影響到控制電路，這也會造成礦井供電系統越級跳閘。

3 對礦井供電系統防越級跳閘技術的分析

一般情況，控制礦井供電系統越級跳閘的技術有：電氣閉鎖防越級跳閘技術、分散集中控制防越級跳閘技術、基于全網數據共享的數字化變電站防越級跳閘技術及基于縱聯差動保護的防越級跳閘技術。

3.1 電氣閉鎖技術

由于煤礦井下的環境惡劣、復雜，電纜設備的閉鎖信號遠距離輸送較為困難，造成電氣閉鎖防越級跳閘方法在預防礦井供電系統越級跳閘故障的時候，出現誤跳以及拒動的現象，難以較好的將電氣閉鎖防越級方法在現場應用。而且此方法在電氣閉鎖情況下還需整理雜亂的電纜線路，還要注意每根電纜線間的連接方法，更加加大了難度。電氣閉鎖防越級跳閘技術在電力變電站供電系統中的電源線路采用的是雙回路設計，這樣在正常運行或是檢修時都能夠將開關在兩條線間進行串聯或是并聯。此方法使得電纜線路連接與實際的設計方案變得更為復雜，增加了難度。電氣閉鎖的不足之處是自檢信息不夠完善，所以在正常工作下閉鎖器或電纜線路常出現問題，并且不能立即發現，以至于造成安全隱患。同時也增加了電纜線路檢修和維護的難度，這也是電氣閉鎖技術不能立即防止礦井供電系統越級跳閘的主要因素所在。

3.2 礦井集中控制技術

分站設備是分站集中控制方法的關鍵性結構，工作的過程中至少安裝一臺分站設備，且安裝的分站設備需與井下綜采面的其他防越級跳閘開關具有較好的通信聯系，以此來預防及控制礦井供電系統中越級跳閘情況。假如井下的某處線路發生了短路問題時，防越級跳閘開關能立即檢測到并作出反應，并且將故障信號傳送到分站，分站在將此信號通過預先設置好的供電網絡關系進行辨別，然后找出離出現故障最近地方的開關，分站對其發出指令，使得開關跳閘，達到對供電系統中類似故障的預防及控制。在實際的運行中，對此技術的通信系統要求比較高，如果通信出現故障，分站則不能立即做出響應，因此造成礦井供電系統的安全。

3.3 基于全網數據共享的數字化變電站技術

一些煤礦使用基于全網數據共享的數字化變電站方法，但是實際應用中此方法并不特別好。其中關鍵設備是光纖數字通信接口，礦井的保護器通過光纖把電氣信息傳輸到數字變電站，以此來合并單元結構部分，并且分析所收集的各個線路的信息，然后由數字化變電站合并單元對問題進行處理，以此來控制礦井供電系統的越級跳閘問題。此技術是可以減少變電站內部大量電纜線路的連接，但是對防越級跳閘情況的作用不明顯。

3.4 基于縱聯差動保護的防越級跳閘技術

基于縱聯差動保護的防越級跳閘技術是對傳統越級跳閘技術的改良，主要是通過光纖通信信道進行輸電線路兩端信息的傳遞，以此來保護輸電線路，基于基爾霍夫電流定律，及時的判別出故障所發生的地方，這是此項技術的亮點之處，且還能夠有效的控制保護動作，是目前最成熟的技術，已經得到了廣泛的推廣及應用。

4 結 語

礦井供電系統對于煤礦生產具有重要的意義。因此為了防止越級跳閘問題的發生，應該對傳統的防越級跳閘保護系統進行改。對于不同的煤礦來說，應該選用一個適合本礦生產的防越級跳閘技術，以此確保礦井電力系統能夠正常運行。