煤礦供電防短路越級跳閘系統優化設計

王 倩

（大同煤礦集團雁崖煤業有限公司， 山西 大同 037003）

1 煤礦供電越級跳閘原因

隨著我國礦井產能的不斷提升，井下巷道也在不斷延伸，由于巷道內惡劣環境如空氣濕度大、化學氣體多、地質條件復雜，導致供電設備電纜出現腐蝕、漏電、破損等情況，再加上礦井中使用的設備均未安裝開關保護裝置，一旦供電負荷末端出現短路，由于上級開關未能及時發現將直接造成上一級開關跳閘而產生越級跳閘現象。出現越級跳閘的原因大多為保護未投入、綜合保護器失效或保護延時設置不合理。我國大多數礦井采用纖縱差保護，這種保護方式不能有效的對末端故障信號進行攔截。因此，雁崖煤業公司供電科技術人員采用GOOSE 閉鎖技術對井下供電防越級跳閘系統進行優化設計。

2 GOOSE 閉鎖技術工作原理

我國礦井通信現大多采用光纖，光纖由于傳輸數據快、數據傳輸量大在礦井信息傳輸上具有較大優勢。雖然保護監控器能夠對光纖中傳輸的各類數據進行全面檢測，但是不能識別越級跳閘信號。技術人員通過對井下供電系統各分路進行改造，從地面變電站到井下中央變電所，再到變電所再到各掘進、綜采配電點逐級安裝斷路保護裝置，實現了供電線路四級控制[1-2]。

井下工作面在正常供電時，當主路或分路供電系統發現故障信號后，控制保護器1 號、2 號、3 號、4號會及時發現故障信號，此時4 號控制保護器會根據故障信號反饋的信息進行分析，當故障電流大于保護動作要求時及時動作切斷電源，并將閉鎖信號及時傳遞到1 號、2 號、3 號控制保護器，制止1 號、2號、3 號控制保護器在有效時間誤動作，當4 號控制保護器切斷電源后，3 號控制保護器故障電流仍然大于保護動作要求時，3 號控制保護器及時動作切斷電源，按照這樣的規律一直到保護裝置不動作為止，這樣就能有效地避免供電系統越級跳閘事故的發生，避免的故障擴大化，如圖1 所示[3]。

圖1 煤礦供電系統故障示意圖

3 防越級跳閘系統短路保護器組成

1）中央控制處理器：中央控制處理器是該套防越級保護裝置最主要的部件。中央控制處理器上外接多個接口，能夠與以太網、礦井環網、模塊接口及定時器接口進行連接，該處理器具有設計原理簡單、保護裝置穩定性高、功耗低的優點。

2）交流采樣控制器：供電開關在工作時，運行的各類參數（三相電壓、三相電流、零序電壓、實際電壓）通過AD 轉換模塊進行采集，為保護裝置的判斷提供信息。

3）通訊部件主要采用礦內環網及光纖以太網進行傳遞。人機接口部分主要由以下三部分組成：指示燈、遙控器、顯示器。

4）保護監視器：通過對附加電阻中直流監視線進行監測。工作原理為使用VFC 法對供電設備的直流電壓進行實時采樣，完成電壓采樣后再對監測區域內供電回路的電阻進行分析，從而判斷供電回路的絕緣性[4-5]。

5）短路保護器中的人機接口部分主要由紅外線、LED、LCD 液晶三部分，液晶顯示器能夠將監測設備采集到的數據顯示在屏幕上，方便工作人員的查閱；指示燈能夠直接顯示開關的運行狀態、故障報警及復位狀態；紅外線采用紅外線技術，能夠通過操控遙控器對開關的運行參數、整定設定、故障查詢、歷史查詢及復位進行操作。

4 防越級跳閘系統運行注意事項

1）礦井內使用的所有供電負荷線纜規格均必須達到煤礦規程要求，供電電纜、信號線均必須達到本質安全型標準，控制保護器的鋪設排列采用分層式和分散式進行安裝，如電纜未達到防爆要求或電纜老化嚴重，這些均會影響防越級系統的性能。

2）由于井下工作環境狹小，各類線纜均在一起排列，如車輛定位、人員定位、大型供電設備、環形電纜會產生磁場影響保護裝置的數據，造成保護裝置誤動作。因此開關保護裝置防越級系統需安裝抗干擾性強的通信線纜，提高數據的準確性，防止開關誤動作。

3）由于工作環境惡劣，保護裝置出現故障后更換難度較大，因此煤礦在采購防越級系統時需選擇具有資質的一流廠家，確保裝置的各項性能能夠滿足礦井需求，同時保護控制器必須具有較高的電磁兼容性。

5 應用效果

雁崖煤業公司供電科針對供電系統越級跳閘現象，采用GOOSE 閉鎖功能的短路保護器進行原系統優化，通過實際應用效果來看，該系統動作靈敏可靠、故障率低、有效防止了供電系統越級跳閘現象，確保了煤礦供電安全穩定運行，取得了顯著的經濟、安全效益。

（編輯：王慧芳）