探究煤礦供電越級跳閘問題

馮 亮，田德良，馮 飛

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

0 引言

在內外部環境中，存在諸多因素會對煤礦供電系統造成影響，從而引發越級跳閘故障。經常出現越級跳閘情況會嚴重影響煤礦供電的安全性。因為煤礦生產環境非常復雜，應用較多的煤礦機電設備，如果形成越級跳閘現象，會使大范圍的煤礦生產區域的設施喪失供電，不但制約煤礦開采的進行，而且會使煤礦工人受困，甚至導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 繼電保護因素

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

圖1 縱聯差動保護技術

1.2 電壓波動因素

當受到接地不良、雷擊影響時，煤礦供電系統的運行會形成顯著的擾動情況，從而導致嚴重的瞬時電壓波動，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動作，造成供電系統開關喪失失壓保護的價值，最終導致越級跳閘情況，以及開關跳閘發生的部位存在較大隨機性，較難確定具體的部位。

1.3 開關質量以及開關控制電源的因素

煤礦企業如果忽視選擇和配置的開關質量，沒有嚴格把控質量關，將直接影響開關的質量。當然，煤礦在選擇開關的應用功能、結構空間等方面面臨一定的限制。事實上，煤礦供電系統開關結構的確定比較繁瑣，內部傳動系統牽涉到非常多的部件，開關結構的運行缺少有效的穩定性，較易導致開關拒動現象。同時，如果難以實時處理有關問題，則持續的時間比較長，難以明確開關拒動問題的性質。這樣開關動作跟固有的執行次序相脫離，從而超越執行時間的范圍，最終造成嚴重的越級跳閘現象。煤礦生產中經常應用防爆開關，可是很多煤礦沒有將有關輔助配件和專用電源配置到防爆開關中，如果開關的短路故障形成，那么有關的保護設施、監控裝置也會形成短路現象，從而造成電源運行故障。并且有關保護和控制電源較難維持順利工作的狀態，非常容易形成保護裝置誤動情況，從而形成越級跳閘情況。

1.4 保護控制設施的故障因素

煤礦企業在購置保護控制設備時需要認真對待，不允許有絲毫大意。然而，一些保護控制設備因為性能較差，造成煤礦供電保護控制設備難以符合有關指標，這樣在啟動保護控制設備之后會形成誤差較大、速度較慢等問題，使保護控制設備的靈敏性降低，難以實時對煤礦供電系統中存在的安全隱患做出預警。由于保護控制設備存在問題，因此系統誤判現象較易形成，從而導致越級跳閘現象。

2 應對舉措

2.1 注重應用新型的網絡智能繼電保護技術

網絡智能全線防越級短路保護的應用，特別是牽涉一系列分支線路防越級短路保護中的應用，其特點是靈敏性強、穩定性高、設計簡單等，以及比較容易執行，在保護器上應用具備網絡智能作用的繼電保護技術的保護器，不需對通信線路、專業防越級保護監測設備等進行額外的增設。網絡智能繼電保護通過體現實時通信作用，實現了繼電保護水平的提高，特別是在繼電保護和獨立監測上，擺脫了傳統技術的制約，在短路故障出現時發揮實時通信技術的作用，關于故障的保護器可以實時交換信息，使一個系統整體形成，從而準確判斷故障位置，全面分析，再選用科學的保護手段，實現智能化保護作用，有效地保障了防越級跳閘保護的穩定性，很好地處理了分段級延時太長造成的短路跳閘現象，解決了縱差保護只可以進行分段保護的缺陷，最終實現全網絡實時速斷保護電路的功能。

2.2 將控制保護后備電源應用于防爆開關

為了處理主電路故障情況下線路開關保護設備不具備穩定和長效電源而喪失保護價值的情況，將持續性、專門用于控制保護的后備電源加裝在防爆開關保護器中，保障在開關故障情況下保護器穩定工作，從而很好地防止開關控制保護電源形成故障而中斷電路的現象，以及防范開關控制器失效導致的開關失效或誤動作情況，最終實現對越級跳閘的規避。另外，通過配置持續性和穩定的后備電源能夠大大提高開關保護設施的電源抗干擾性能，從而很好地降低了電磁干擾導致的誤動跳閘概率。

2.3 保障選用高質量、型號適宜的電力開關

在電力系統的控制上，電力開關的作用非常關鍵，其也屬于煤礦供電系統導致越級跳閘的多發故障部位。為此，選用電力開關顯得至關重要，務必選用高質量、型號適宜的電力開關。并且，在安裝電力開關前務必試驗與測定其性能，保障其跟線路設計指標相符合，并且確保其跟防越級跳閘的保護指標相符合，防止供電系統中應用型號不搭配、質量不過關的電力開關。

2.4 應用分站集中控制技術與基于通信級聯閉鎖的保護技術

分站集中控制技術的原理時當短路形成于供電線路時，保護控制回路能夠采集線路異常信息，且向分站設施傳輸和分析判斷故障信息，且做出有關信號指令，控制該段線路的保護控制開關發生動作，避免形成越級跳閘（圖2）。而基于通信級聯閉鎖的防越級跳閘技術是結合通信線路連接一系列具備縱聯關系的供電線路區段的短路保護設施，從而設計相應的時間極差控制各級保護裝置（圖3）。

圖2 分站集中控制技術

圖3 基于通信級聯閉鎖的保護技術

3 結語

為了確保煤礦生產的順利開展，防范大面積停電事故形成于煤礦井下，務必選用科學、高效的保護控制舉措，避免供電系統形成越級跳閘情況。當今，煤礦供電系統大多應用的電網構造是多級短線纜式，以往的保護手段較難與其供電構造特性相符，造成多發越級跳閘情況。為此，通過對煤礦供電系統越級跳閘現象的分析，且有目的性和針對性地概況形成越級跳閘情況的因素，注重應用新型的網絡智能繼電保護技術，將控制保護的后備電源應用于配置的防爆開關上，應用高效、精準的CPU 微機型監控保護設施，以及選用高質量、型號適宜的電力開關。只有這樣，才能夠實現煤礦供電安全性與穩定性水平的提升。