一種礦井供電系統防越級跳閘試驗方法

牛垚賓

（晉煤太鋼公司三交一號礦井，山西呂梁 033000）

0 引言

目前，我國煤礦業隨著工業的發展而出現較大的提升，而相應的井上、井下供電系統變得更加復雜。由于礦井設置有多個采區，不同的采區設置有相應的供電系統。由此可以看出，供電設備不斷增多，供電距離也越來越大。從上述特點來看，開關越級跳閘事故是煤礦供電系統中顯著的現象，造成區域較多的停電事故，從而給煤礦作業帶來不便及安全事故[1]。越級跳閘產生的主要原因如下。

（1）當前井下供電系統裝配的設置大都是半數字以及半模擬的保護器，往往出現定值漂移現象，從而帶來一定的保護誤差。與此同時保護的精度比較差，不能實現定值的連續變化，不能進行上下級保護配合。

（2）在進行保護的過程中，并沒有有效地解決低壓問題，這樣會使得電壓波動，最終導致電網出現大面積的停電。

在煤礦生產過程中，煤礦井下越級跳閘問題始終存在。現在，煤礦主要使用上級開關短路速斷保護設置延時，時間為10～200 ms。當出現短路現象時，下級開關短路速斷保護開始工作，這樣可以使得下級開關先動作[2]。可是由于不同的開關機構之間存在一定的差異性，因此相應的靈敏度也存在差異，這樣使得下級開關的優先性是否高于上級，存在一定的爭議。因此本研究用模擬的試驗方法對防越級設置進行驗證。

1 試驗方案

為了對四級電路進行模擬，本實驗采用6套高爆開關保護器。其中第一級與第二級都設置1個開關，對上級變電所總開與分開進行模擬。第三級以及對應的第四級對下級變電所總開與分開進行模擬，其中第三級設置1臺開關，主要對下級變電所總開實現模擬，而第四級設置有3臺開關，主要用來模擬1條母線上的3個分開[1]，如圖1所示。

1.1 測試方法

（1）當防越級跳閘系統退出之后，對末級開關短路以及各級開關的跳閘現象進行測試。

（2）對4級開關下級短路時進行測試，主要測試系統動作情況。

（3）在對3級開關以及4級開關出現短路的狀態進行測試，觀測系統動作以及相應的值。

（4）在對2級開關以及3級開關出現短路的狀態進行測試，觀測系統動作以及相應的值。

（5）在對1級開關以及2級開關出現短路的狀態進行測試，觀測系統動作以及相應的值。

圖1 實際模擬試驗方案示意圖

1.2 試驗步驟

（1）在實驗時，所采用的電路圖按照如圖2所示連接。其中，主接觸器J能夠給大電流發生器供應電能，當出現故障時，保護器保護接點能夠切斷發生器的電源，這樣可以有效地切斷大電流。J1表示中間繼電器，起到保護節點控制的作用；J2表示中間繼電器，起到繼電保護測試裝置測A以及N的接點控制，其中J2節點能夠對大電流的發生器啟動進行保護[2]。

圖2 具體試驗線路示意圖

（2）整定保護定值。1號保護器速斷對應的整定保護值設定為2 400，而對應的速斷延時設定為0 s；2號保護器速斷對應的整定保護值設定為2 000，而對應的速斷延時設定為0 s；3號保護器速斷對應的整定保護值設定為1 600，而對應的速斷延時設定為0 s；4號保護器速斷對應的整定保護值設定為1 200，而對應的速斷延時設定為0 s；5號保護器速斷對應的整定保護值設定為1 200，而對應的速斷延時設定為0 s。

2 試驗過程及結果

（1）對各級開關短路跳閘進行測試。在進行實驗時，流過大電流發生器的電流設定為2 600 A，與此同時把繼保測試裝置設置的b、n接點任意連接到6臺保護器的接點。操作繼保測試設備通過A、N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發生器工作。與此同時繼保測試設備開始計數，這時6臺保護器能夠對大電流的輸出信號進行檢測，但出現故障時，保護器可以直接發出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設備發出停止計數的指令[3]。

試驗結果：經過實驗發現保護器動作時間為80 ms，每臺保護器都實現了報警速斷；當速斷0 s延時的狀態下，保護器相應的固有動作大致為：30 ms，而接觸器J的動作時間大致為10 ms，相應的J1以及J2對應的中間繼電器的動作時間大致為7 ms；在這個過程中，發生器電流從0 A迅速上升到2 600 A，所需要的時間僅為30 ms。

（2）對4個級別開關下級電路的短路以及系統的動作情況進行測試。把5號開關以及6號開關的電流互感器設置為短路，并且檢測電流值為0 A[4]。

把繼保測試裝置對應的開關輸入端和4級4號開關的保護接點進行連接，這樣能夠對4號開關的動作時間進行測試。操作繼保測試設備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發生器工作。與此同時4個保護器能夠同時對電流進行檢測，假如系統設置有防越級跳閘功能，那么相應的4級4號保護器能夠給保護器可以直接發出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設備發出停止計數的指令[5]。

試驗結果：經過測試發現，僅4級4號開關可以實現跳閘報速斷事件，對應的動作時間大致為80 ms，1、2、3號開關并沒有任何動作，5以及6號開關報失壓跳閘。

（3）對3級開關和4級開關之間出現短路的情況進行測試。假如該環節保護正常并且存在防越級功能。把4級保護系統中的4、5、6號電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測試裝置對應的開關輸入端和3級3號開關的保護接點進行連接，這樣能夠對3號開關的動作時間進行測試。操作繼保測試設備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發生器工作。與此同時4個保護器能夠同時對電流進行檢測，假如系統設置有防越級跳閘功能，那么相應的3級3號保護器能夠給保護器可以直接發出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設備發出停止計數的指令[6]。

試驗結果：經過測試發現，僅4級4號開關可以實現跳閘報速斷事件，對應的動作時間大致為80 ms，1、2號開關并沒有任何動作，4、5、6號出現開關報失壓跳閘現象。

（4）對2級開關和3級開關之間出現短路的情況進行測試。假如該環節保護正常并且存在防越級功能。把3級的3號保護、4級的4、5、6號電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測試裝置對應的開關輸入端和2級2號開關的保護接點進行連接，這樣能夠對2號開關的動作時間進行測試。操作繼保測試設備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使大電流發生器工作。與此同時1～2級保護器能夠同時對電流進行檢測，假如系統設置有防越級跳閘功能，那么相應的2級2號保護器能夠給保護器可以直接發出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設備發出停止計數的指令。

試驗結果：經過測試發現，1～2級開關中只有2級2號開關可以實現跳閘報速斷事件，對應的動作時間大致為80 ms，1號開關并沒有任何動作，3、4、5、6號出現開關報失壓跳閘現象[7]。

（5）對1級開關和2級開關之間出現短路的情況進行測試。假如該環節保護正常并且存在防越級功能。把2級的2號保護、4級的4，5，6號電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測試裝置對應的開關輸入端和1級1號開關的保護接點進行連接，這樣能夠對2號開關的動作時間進行測試。操作繼保測試設備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發生器工作。與此同時1級保護器級保護器能夠同時對電流進行檢測，假如系統設置有防越級跳閘功能，那么相應的2級2號保護器能夠給保護器可以直接發出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設備發出停止計數的指令。

試驗結果：經過測試發現，僅有1級1開關可以實現跳閘報速斷事件，對應的動作時間大致為80 ms，1號開關并沒有任何動作，2、3、4、5、6號出現開關報失壓跳閘現象[8]。

3 結束語

本文通過模擬礦井突發供電事故時，越級跳閘現象是否發生，進而來檢驗了礦井防越級跳閘措施的可靠性。分析了試驗過程與結果，試驗結果表明：該種試驗方法具有較高的準確性與可靠性，應用該方法能第一時間發現礦井供電系統存在的越級跳閘隱患，可為越級跳閘故障的防范提供參考。總之，借助該種試驗方法有助于進一步提高礦井供電系統運行的連續性、可靠性，此種試驗方法后期指定推廣與應用。