礦井供電系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)研究

摘 要：礦井供電系統(tǒng)越級跳閘是系統(tǒng)運(yùn)行過程中非常容易出現(xiàn)的一種故障，一旦供電系統(tǒng)發(fā)生越級跳閘就會使礦井內(nèi)部大范圍停電，電氣設(shè)備無法正常運(yùn)行，對礦井工人的生命安全造成巨大威脅。對于上述提出的問題，本文首先從礦井內(nèi)部環(huán)境、供電系統(tǒng)設(shè)備、保護(hù)電路運(yùn)行情況三個(gè)方面詳細(xì)分析供電系統(tǒng)發(fā)生越級跳閘的具體原因，并由此介紹三種較為常見的防越級跳閘技術(shù)，這些技術(shù)可以有效解決礦井供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的問題，對實(shí)際生產(chǎn)過程具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);越級跳閘;原因分析

1引言

安全第一一直是中國生產(chǎn)加工行業(yè)的首要要求，對于地下礦井開采這類高危行業(yè)更是如此，即使是如此重視安全生產(chǎn)的今天，依然每年都會發(fā)生多起礦井滲水、坍塌、爆炸造成多人受傷死亡的事故。為了保證礦井工人的生命安全最重要的就是要保證礦井內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，礦井資源開采過程主要依賴電能為各種設(shè)備提供動力，常規(guī)的220V交流電無法滿足礦井開采的工作需要，所以需要額外設(shè)置供電系統(tǒng)，一般情況下礦井供電系統(tǒng)采用的是6-10KV的干線式供電網(wǎng)絡(luò)，單側(cè)電源等級為3-4級[1]。

礦井供電系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是供電電壓高且線路短，供電線路兩端的電流變化量較小，在供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，想通過對比供電線路電流變化查找發(fā)生故障的部位難度極大，為了保證供電系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行供電系統(tǒng)設(shè)置有上級開關(guān)和下級開關(guān)，在某條供電線路發(fā)生短路時(shí)可以根據(jù)上下級開關(guān)的動作延時(shí)時(shí)間差異及時(shí)斷開線路，這雖然解決了供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行問題但是由于供電系統(tǒng)無法準(zhǔn)確設(shè)置定時(shí)限級差進(jìn)而無法控制上下級開關(guān)的斷開順序，所以在發(fā)生供電系統(tǒng)短路故障時(shí)會經(jīng)常發(fā)生越級跳閘的現(xiàn)象，導(dǎo)致礦井內(nèi)電氣設(shè)備的大規(guī)模停止運(yùn)行[2]，尤其是在通風(fēng)環(huán)境惡劣的礦井內(nèi)部，通風(fēng)設(shè)備和空氣檢測裝置停止運(yùn)行極易導(dǎo)致礦井工人窒息甚至死亡，由此可以看出防越級跳閘技術(shù)具有極大的研究價(jià)值。

2越級跳閘產(chǎn)生原因分析

2.1環(huán)境因素

礦井內(nèi)部環(huán)境一般都較為潮濕悶熱，這種環(huán)境對電氣設(shè)備的正常運(yùn)行有較大影響，尤其是對某些電氣設(shè)備的變頻器影響最大，這些變頻器輸出的浪涌和諧波會直接影響保護(hù)電路的正常工作，進(jìn)而導(dǎo)致越級跳閘。并且供電線路是隨著礦井的深度變化而變化的，如果礦井較深供電線路會采用二級饋電甚至三級饋電的方式進(jìn)行供電，這就容易發(fā)生線路繼電保護(hù)整定的不合理，例如三級饋電繼電保護(hù)整定時(shí)間小于二級饋電，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置接收指令及時(shí)斷電，此時(shí)二級饋電已經(jīng)完成時(shí)限分閘，三級饋電可能還沒有開始發(fā)生保護(hù)動作，這也就導(dǎo)致了越級跳閘。

2.2設(shè)備因素

由于電氣設(shè)備導(dǎo)致越級跳閘的原因多種多樣，這里主要介紹幾種較為典型的例子，電氣設(shè)備的故障也是導(dǎo)致越級跳閘的最主要誘因，有很多采礦單位不注意工作安全，在能節(jié)省的地方盡量節(jié)省，例如能有效保障工作安全的防爆開關(guān)[3]，為了節(jié)約成本沒有安裝獨(dú)立的供電線路和供電電源，而是將其安裝在主電路啟動開關(guān)旁邊，當(dāng)主電路啟動開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，防爆開關(guān)的保護(hù)作用也隨之失效。對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的礦井通常需要安裝多個(gè)控制開關(guān)，但是這些供電線路的布置是隨著礦井的掘進(jìn)展開的，所以容易導(dǎo)致這些控制開關(guān)的關(guān)聯(lián)性不佳而且還會產(chǎn)生控制沖突，具體表現(xiàn)為控制開關(guān)啟動后設(shè)備經(jīng)過較長時(shí)間才響應(yīng)，甚至出現(xiàn)拒絕啟動的現(xiàn)象。除此之外，由于供電線路的電壓都較大，所以電氣設(shè)備時(shí)常會出現(xiàn)啟動時(shí)電壓的過大波動，這些都有可能導(dǎo)致越級跳閘的現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.3保護(hù)電路故障

保護(hù)電路自身出現(xiàn)故障也會導(dǎo)致越級跳閘的問題，但是這類問題是相對來講最容易解決的，主要可以分為繼電保護(hù)方式、繼電保護(hù)設(shè)備、漏電保護(hù)方式三方面因素導(dǎo)致越級跳閘。由于礦井空間較為狹窄所以供電線路無法設(shè)置得過長，當(dāng)?shù)V井到達(dá)一定深度時(shí)需要采用多級饋電方式進(jìn)行供電，傳統(tǒng)的三段式過流保護(hù)無法適用于這種環(huán)境，但是現(xiàn)在還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制多級繼電保護(hù)裝置的方式。選擇性能優(yōu)良的繼電保護(hù)設(shè)備是防止越級跳閘的有效途徑，但是很多企業(yè)選擇這些保護(hù)性設(shè)備時(shí)往往只會選擇價(jià)格最為低廉的，由于礦井內(nèi)部潮濕悶熱，對于電氣設(shè)備的工作性能影響極大，在正常環(huán)境下能穩(wěn)定工作的繼電保護(hù)設(shè)備在礦井內(nèi)部靈敏度可能會大打折扣，而且繼電保護(hù)設(shè)備的靈敏度過低就無法準(zhǔn)確防范安全隱患，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。在礦井內(nèi)部工作的設(shè)備輸出功率一般都很大，在供電線路發(fā)生漏電現(xiàn)象時(shí)也無法及時(shí)排除，所以為了工作過程的安全性會降低供電線路的輸入電流，同時(shí)采用一些補(bǔ)救措施使電氣設(shè)備的輸出功率達(dá)到工作要求，但是這些補(bǔ)救措施也導(dǎo)致了保護(hù)電路的過載和誤判，進(jìn)而發(fā)生越級跳閘。

3防越級跳閘技術(shù)分析

3.1常規(guī)電路監(jiān)控

常規(guī)電路監(jiān)控是最常見的防越級跳閘技術(shù)[4]，同時(shí)也是可行性最高的一項(xiàng)技術(shù)，主要是依靠外部變電站的電路監(jiān)控系統(tǒng)對礦井內(nèi)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，電路監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控通信分站、智能保護(hù)器三個(gè)部分組成。總體采用了分層式結(jié)構(gòu)，三個(gè)部分的工作運(yùn)行相對獨(dú)立但是又互相聯(lián)系，每一層設(shè)備的損壞都不會影響其他層設(shè)備的正常運(yùn)行，監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理儲存以及輸出控制指令，監(jiān)控通信分站負(fù)責(zé)多個(gè)智能保護(hù)器上傳數(shù)據(jù)的采集打包和上傳，智能保護(hù)器負(fù)責(zé)控制開關(guān)和保護(hù)電路數(shù)據(jù)狀態(tài)采集以及控制工作。電路監(jiān)控系統(tǒng)通過可視化的操作平臺實(shí)現(xiàn)了對礦井內(nèi)電路的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅有效降低了發(fā)生越級跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，而且顯著提高了電路保護(hù)控制的時(shí)效性。

3.2集成電路保護(hù)

集成電路保護(hù)和電力監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理類似，但是不需要像電路監(jiān)控系統(tǒng)一樣設(shè)置大量的監(jiān)控設(shè)備，而是將數(shù)據(jù)采集模塊集成到電路控制開關(guān)中，可以通過采集流向電氣設(shè)備的電流電壓等數(shù)據(jù)預(yù)測供電線路的工作情況，在電流電壓發(fā)生較大波動時(shí)及時(shí)斷開保護(hù)開關(guān)，防止越級跳閘。這種方法所需要的成本最低，但是相對應(yīng)的準(zhǔn)確性不高，主要可以應(yīng)用于工作范圍較小的礦井，而且采集到的數(shù)據(jù)可以上傳到移動設(shè)備，方便隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。

3.3智能配網(wǎng)系統(tǒng)

智能配網(wǎng)系統(tǒng)也被稱為數(shù)字化變電站，是較為新型的防止越級跳閘技術(shù)，一般適用于多級饋電系統(tǒng)中。通過對變電站一、二次設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)改造，借助網(wǎng)絡(luò)通信平臺實(shí)現(xiàn)信息共享和交互，可以使變電站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、線路保護(hù)、信息管理。變電站采用全站采樣和數(shù)據(jù)共享可以使整個(gè)變電站作為保護(hù)對象成為可能，變電站的二次設(shè)備采用通信網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的控制電路不僅提高了設(shè)備的控制精度而且消除了由電纜帶來的電磁干擾的問題。在電路保護(hù)方面采用差動保護(hù)模塊取代傳統(tǒng)過流速斷保護(hù)，差動保護(hù)模塊可以保證電路保護(hù)范圍是固定的，并且通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)線路零時(shí)限速動保護(hù)，也就消除了傳統(tǒng)上下級保護(hù)開關(guān)帶來的越級跳閘問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙琳潔.礦井供電系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)分析和優(yōu)化研究[J].自動化應(yīng)用，2020（05）：95-96+99.

[2]李志偉.礦井供電系統(tǒng)越級跳閘原因分析及對策[J].機(jī)械工程與自動化，2019（02）：216-217.

[3]牛軍軍，張樂.煤礦井下高壓供電保護(hù)整定分析及應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理，2020，45（03）：188-190.

[4]陳子楓，張國平，李景，陳德華.基于電力線通信的礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù)，2019，42（19）：120-124.

作者簡介：

錢啟龍（1985年3月-）性別：男、民族：漢、籍貫：遼寧省盤錦市大洼縣、學(xué)歷：大專、 職稱：機(jī)電工程師、主要研究方向：高壓供電管理及變頻技術(shù)或從事工作：技術(shù)隊(duì)長。

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