探究煤礦供電越級跳閘問題

馮 亮，田德良，馮 飛

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東鄒城 273511；2.濟(jì)寧能源汶上義橋煤礦，山東濟(jì)寧 272511；3.兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東兗州 272102）

0 引言

在內(nèi)外部環(huán)境中，存在諸多因素會對煤礦供電系統(tǒng)造成影響，從而引發(fā)越級跳閘故障。經(jīng)常出現(xiàn)越級跳閘情況會嚴(yán)重影響煤礦供電的安全性。因?yàn)槊旱V生產(chǎn)環(huán)境非常復(fù)雜，應(yīng)用較多的煤礦機(jī)電設(shè)備，如果形成越級跳閘現(xiàn)象，會使大范圍的煤礦生產(chǎn)區(qū)域的設(shè)施喪失供電，不但制約煤礦開采的進(jìn)行，而且會使煤礦工人受困，甚至導(dǎo)致瓦斯和突水事故等。鑒于此，探究煤礦供電越級跳閘問題顯得十分迫切。

1 煤礦供電越級跳閘分析

1.1 繼電保護(hù)因素

煤礦供電線路系統(tǒng)的特點(diǎn)是長度短，通常為3 km。然而，如果短路現(xiàn)象形成于供電線路兩端，那么其存在較大的原因差別。尤其是供電運(yùn)行情況面臨較大差別時，如果一味地結(jié)合電流段對供電故障進(jìn)行區(qū)別和分析，那么難以實(shí)現(xiàn)理想的成效。并且，煤礦供電電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用電力企業(yè)比較常見的三段過流保護(hù)技術(shù)較難實(shí)現(xiàn)理想的應(yīng)用成效。因此，需要實(shí)施逐段延時跳閘的控制手段。如果存在較多級數(shù)，線路整體中會累積總開關(guān)控制的延時時間，基于持續(xù)增加累積時間，如果超越固定的線路保護(hù)時間，那么開關(guān)動作時間大于級差時間的情況勢必形成，從而較難設(shè)置延時級差。為此，電路過流情況下也啟動了跳閘保護(hù)的動作，從而造成了上級開關(guān)越級跳閘的情況。此外，通常來講，一段線路系統(tǒng)存在較小電阻值，如果形成短路，則勢必增加電流，從而超過設(shè)計(jì)的上級開關(guān)最大電流值，最終造成上級開關(guān)越級跳閘現(xiàn)象。目前，縱聯(lián)差動保護(hù)技術(shù)是結(jié)合光纖或電纜縱向一對一連接線路兩端的保護(hù)設(shè)施，如圖1 所示。在出現(xiàn)短路故障情況下結(jié)合對比兩端功率或電流矢量差，可以明確故障位置，從而對跳閘指令進(jìn)行控制。縱聯(lián)差動保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用比較簡便，可以保護(hù)各級線路，然而因?yàn)槊旱V供電系統(tǒng)具備比較復(fù)雜的線路，一般一條進(jìn)線往往跟若干條輸出線路相對應(yīng)，難以確保保護(hù)設(shè)施為縱向的一對一狀態(tài)，因此難以在煤礦供電系統(tǒng)的越級跳閘中發(fā)揮保護(hù)與預(yù)防的作用，其可能僅僅適于在新建設(shè)的煤礦中應(yīng)用。

圖1 縱聯(lián)差動保護(hù)技術(shù)

1.2 電壓波動因素

當(dāng)受到接地不良、雷擊影響時，煤礦供電系統(tǒng)的運(yùn)行會形成顯著的擾動情況，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的瞬時電壓波動，如果額定電壓小于瞬時電壓波動值，失壓脫扣器會形成有關(guān)動作，造成供電系統(tǒng)開關(guān)喪失失壓保護(hù)的價值，最終導(dǎo)致越級跳閘情況，以及開關(guān)跳閘發(fā)生的部位存在較大隨機(jī)性，較難確定具體的部位。

1.3 開關(guān)質(zhì)量以及開關(guān)控制電源的因素

煤礦企業(yè)如果忽視選擇和配置的開關(guān)質(zhì)量，沒有嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，將直接影響開關(guān)的質(zhì)量。當(dāng)然，煤礦在選擇開關(guān)的應(yīng)用功能、結(jié)構(gòu)空間等方面面臨一定的限制。事實(shí)上，煤礦供電系統(tǒng)開關(guān)結(jié)構(gòu)的確定比較繁瑣，內(nèi)部傳動系統(tǒng)牽涉到非常多的部件，開關(guān)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行缺少有效的穩(wěn)定性，較易導(dǎo)致開關(guān)拒動現(xiàn)象。同時，如果難以實(shí)時處理有關(guān)問題，則持續(xù)的時間比較長，難以明確開關(guān)拒動問題的性質(zhì)。這樣開關(guān)動作跟固有的執(zhí)行次序相脫離，從而超越執(zhí)行時間的范圍，最終造成嚴(yán)重的越級跳閘現(xiàn)象。煤礦生產(chǎn)中經(jīng)常應(yīng)用防爆開關(guān)，可是很多煤礦沒有將有關(guān)輔助配件和專用電源配置到防爆開關(guān)中，如果開關(guān)的短路故障形成，那么有關(guān)的保護(hù)設(shè)施、監(jiān)控裝置也會形成短路現(xiàn)象，從而造成電源運(yùn)行故障。并且有關(guān)保護(hù)和控制電源較難維持順利工作的狀態(tài)，非常容易形成保護(hù)裝置誤動情況，從而形成越級跳閘情況。

1.4 保護(hù)控制設(shè)施的故障因素

煤礦企業(yè)在購置保護(hù)控制設(shè)備時需要認(rèn)真對待，不允許有絲毫大意。然而，一些保護(hù)控制設(shè)備因?yàn)樾阅茌^差，造成煤礦供電保護(hù)控制設(shè)備難以符合有關(guān)指標(biāo)，這樣在啟動保護(hù)控制設(shè)備之后會形成誤差較大、速度較慢等問題，使保護(hù)控制設(shè)備的靈敏性降低，難以實(shí)時對煤礦供電系統(tǒng)中存在的安全隱患做出預(yù)警。由于保護(hù)控制設(shè)備存在問題，因此系統(tǒng)誤判現(xiàn)象較易形成，從而導(dǎo)致越級跳閘現(xiàn)象。

2 應(yīng)對舉措

2.1 注重應(yīng)用新型的網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)智能全線防越級短路保護(hù)的應(yīng)用，特別是牽涉一系列分支線路防越級短路保護(hù)中的應(yīng)用，其特點(diǎn)是靈敏性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、設(shè)計(jì)簡單等，以及比較容易執(zhí)行，在保護(hù)器上應(yīng)用具備網(wǎng)絡(luò)智能作用的繼電保護(hù)技術(shù)的保護(hù)器，不需對通信線路、專業(yè)防越級保護(hù)監(jiān)測設(shè)備等進(jìn)行額外的增設(shè)。網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)通過體現(xiàn)實(shí)時通信作用，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)水平的提高，特別是在繼電保護(hù)和獨(dú)立監(jiān)測上，擺脫了傳統(tǒng)技術(shù)的制約，在短路故障出現(xiàn)時發(fā)揮實(shí)時通信技術(shù)的作用，關(guān)于故障的保護(hù)器可以實(shí)時交換信息，使一個系統(tǒng)整體形成，從而準(zhǔn)確判斷故障位置，全面分析，再選用科學(xué)的保護(hù)手段，實(shí)現(xiàn)智能化保護(hù)作用，有效地保障了防越級跳閘保護(hù)的穩(wěn)定性，很好地處理了分段級延時太長造成的短路跳閘現(xiàn)象，解決了縱差保護(hù)只可以進(jìn)行分段保護(hù)的缺陷，最終實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)實(shí)時速斷保護(hù)電路的功能。

2.2 將控制保護(hù)后備電源應(yīng)用于防爆開關(guān)

為了處理主電路故障情況下線路開關(guān)保護(hù)設(shè)備不具備穩(wěn)定和長效電源而喪失保護(hù)價值的情況，將持續(xù)性、專門用于控制保護(hù)的后備電源加裝在防爆開關(guān)保護(hù)器中，保障在開關(guān)故障情況下保護(hù)器穩(wěn)定工作，從而很好地防止開關(guān)控制保護(hù)電源形成故障而中斷電路的現(xiàn)象，以及防范開關(guān)控制器失效導(dǎo)致的開關(guān)失效或誤動作情況，最終實(shí)現(xiàn)對越級跳閘的規(guī)避。另外，通過配置持續(xù)性和穩(wěn)定的后備電源能夠大大提高開關(guān)保護(hù)設(shè)施的電源抗干擾性能，從而很好地降低了電磁干擾導(dǎo)致的誤動跳閘概率。

2.3 保障選用高質(zhì)量、型號適宜的電力開關(guān)

在電力系統(tǒng)的控制上，電力開關(guān)的作用非常關(guān)鍵，其也屬于煤礦供電系統(tǒng)導(dǎo)致越級跳閘的多發(fā)故障部位。為此，選用電力開關(guān)顯得至關(guān)重要，務(wù)必選用高質(zhì)量、型號適宜的電力開關(guān)。并且，在安裝電力開關(guān)前務(wù)必試驗(yàn)與測定其性能，保障其跟線路設(shè)計(jì)指標(biāo)相符合，并且確保其跟防越級跳閘的保護(hù)指標(biāo)相符合，防止供電系統(tǒng)中應(yīng)用型號不搭配、質(zhì)量不過關(guān)的電力開關(guān)。

2.4 應(yīng)用分站集中控制技術(shù)與基于通信級聯(lián)閉鎖的保護(hù)技術(shù)

分站集中控制技術(shù)的原理時當(dāng)短路形成于供電線路時，保護(hù)控制回路能夠采集線路異常信息，且向分站設(shè)施傳輸和分析判斷故障信息，且做出有關(guān)信號指令，控制該段線路的保護(hù)控制開關(guān)發(fā)生動作，避免形成越級跳閘（圖2）。而基于通信級聯(lián)閉鎖的防越級跳閘技術(shù)是結(jié)合通信線路連接一系列具備縱聯(lián)關(guān)系的供電線路區(qū)段的短路保護(hù)設(shè)施，從而設(shè)計(jì)相應(yīng)的時間極差控制各級保護(hù)裝置（圖3）。

圖2 分站集中控制技術(shù)

圖3 基于通信級聯(lián)閉鎖的保護(hù)技術(shù)

3 結(jié)語

為了確保煤礦生產(chǎn)的順利開展，防范大面積停電事故形成于煤礦井下，務(wù)必選用科學(xué)、高效的保護(hù)控制舉措，避免供電系統(tǒng)形成越級跳閘情況。當(dāng)今，煤礦供電系統(tǒng)大多應(yīng)用的電網(wǎng)構(gòu)造是多級短線纜式，以往的保護(hù)手段較難與其供電構(gòu)造特性相符，造成多發(fā)越級跳閘情況。為此，通過對煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘現(xiàn)象的分析，且有目的性和針對性地概況形成越級跳閘情況的因素，注重應(yīng)用新型的網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)技術(shù)，將控制保護(hù)的后備電源應(yīng)用于配置的防爆開關(guān)上，應(yīng)用高效、精準(zhǔn)的CPU 微機(jī)型監(jiān)控保護(hù)設(shè)施，以及選用高質(zhì)量、型號適宜的電力開關(guān)。只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦供電安全性與穩(wěn)定性水平的提升。