煤礦供電系統防越級跳閘技術應用研究

秦衛濤

（國網能源哈密煤電有限公司，新疆 哈密 839000）

煤炭開采具有復雜性、系統性特點，大部分作業都要在井下進行，所以存在諸多安全隱患。如果控制不當，不僅會阻礙開采作業有序進行，還會對從業人員生命財產安全造成威脅。另外，新時期煤礦開采逐漸向機械化趨勢發展，雖然在一定程度上提高了作業效率和質量；但由于井下條件復雜多樣，陰暗潮濕，所以會對機械設備、電線電纜穩定運行造成不良影響。為了避免煤礦開采過程出現大面積停電等事故，需要煤礦企業采取針對性措施解決供電系統越級跳閘問題，確保機械設備和電線電纜安全運行，為煤礦企業有序作業奠定基礎。

1 煤礦供電系統出現越級跳閘的原因

1.1 保護控制裝置出現問題

保護控制裝置是煤礦開采機械設備中的關鍵組成部分，可以為供電系統穩定運行提供保障，有利于將潛在隱患杜絕在根源處，是促進煤礦企業安全生產的關鍵裝置，其重要性不言而喻。所以在煤礦開采作業中，需要結合實際情況合理選擇保護控制裝置，確保其性能滿足安全生產需求，從而為供電系統安全運行奠定基礎。然而，由于井下環境復雜多樣，加上煤礦開采作業量較大，所以容易導致保護控制裝置在溫濕度等因素影響下降低性能，產生故障問題，無法充分能發揮其預警功能和保護作用，這也是造成煤礦供電系統產生越級跳閘的主要原因之一。

1.2 受到礦井內部環境的影響

煤礦開采大部分作業都需要在井下進行，上文提到，井下環境陰暗潮濕、空間狹窄、空氣流動差，容易對供電系統穩定運行造成不良影響，導致電力設施運行異常，產生一系列故障問題，不僅影響井下作業有序進行，還會為作業人員生命財產安全帶來威脅。另外，電力設備在運行過程中受諧波干擾會產生誤操作現象，這也是引發電力系統越級跳閘的常見因素，需要電力企業給予高度重視，采取有效措施控制礦井環境。

1.3 開關控制電源出現問題

由于煤礦開采環境復雜，所以防爆開關通常不設置專用電源或者后備電源，而是直接與主電路開關電源相連接。這也導致煤礦開采過程中，一旦主電路產生故障問題，會直接影響控制防爆開關正常運行，導致保護裝置工作異常，從而引發供電系統越級跳閘。

2 防越級跳閘的系統

2.1 解決方案

通過上文分析可以看出，受多種因素影響，導致供電系統越級跳閘問題時有發生，并成為困擾煤礦企業穩定發展的一大難題。現階段，并沒有很好的技術能夠切實解決該問題，已經嚴重影響煤礦作業安全性和有序性。針對這一問題，相關專家和學者紛紛將研究重點放在構建防越級跳閘保護系統上，旨在為礦井安全作業奠定基礎。

通過構建防越級跳閘系統，能夠使變電站電氣設備產生的信息有效傳遞、實時共享。同時，可以描述變電站二次功能模型和變電站系統模型，通過對站控層、過程層以及間隔層有效處理，達到站內設備科學管控目標。該系統具備以下特點：第一，能夠對礦井供電系統產生的數據進行動態收集、實時共享。第二，將第三方裝置與防越級系統連接在一起，可以為系統擴容提供便利。第三，系統支持光纖以太網，可以與電子互感器相互通信。第四，能夠減少一次電纜、二次設備利用率，有利于降低后期維護成本。第五，系統改造簡單、便捷，擴充便捷。

2.2 系統設計

在防越級跳閘系統設計過程中，采用不同單片機需要應用到不同的微機保護硬件電路。并且不同保護對象所需的硬件設備也存在差異。新時期背景下，科學技術發展日新月異，單片機和集成電路芯片發展速度也隨之加快，為優化和完善硬件保護裝置奠定良好基礎，促進防越級跳閘系統逐漸由以往單個八位CPU系統，發展成多個八位單片機構成的保護系統。單片機具有穩定性高、集成效果好等優勢，將其應用到防越級跳閘系統設計中，能夠有效提高帶供電系統抗干擾能力，促進電力設備安全運行。

防越級跳閘系統設計，從實質上分析，就是開發一個具備繼電保護功能的系統，要想保證系統穩定運行，離不開硬件設施的支撐，包括主機系統、CPU處理器、計算機、電源、傳感器等。在硬件設施運行過程中，傳感器接收模擬量信號后，會傳遞智能節點和通信接口，而后利用地面計算機對模擬量信號進行處理，同時，向智能節點發出指令。在此基礎上，智能節點會輸出開關量，使系統執行相關指令，通過接通或斷開計算器，完成信號處理相關工作。

眾所周知，在煤礦供電系統中的線路電流增加時，所有裝置都會產生電流增大的信號。通過智能節點將信號傳給地面主機，利用軟件系統對信號進行處理，如果處理結果顯示供電系統跳閘，地面主機會將信號反饋給智能節點，而后由智能節點通知執行機構完成故障處理工作。結合系統實際運行水平來看，不僅能夠對供電系統數據進行及時收集、分析和處理，還能夠與地面計算機有效連接，保證通信正常。將處理后的數據按照時間順序輸入計算機系統中，能夠長時間保存數據，利用CAN總線，將處理和爆出的數據傳入地面計算機中，能夠對數據科學管理，有利于及時判斷煤礦供電系統存在的問題和隱患，有利于為煤礦企業管理電力設備、調查各種事故提供保障。

3 國內外常見的防越級跳閘技術及產品發展狀況

3.1 地面通信保護法

地面通信保護是利用地面開關和監控主機保護器，達到理想通信效果。在獲取開關電流信號基礎上，能夠對所有開關進行定值操作，如此則可以確定電力系統短路具體位置，并從監控主機發出指令，不僅能夠控制短路位置的上級開關，還能夠通過跳閘方式切斷線路。計算機在供電系統故障判斷、保持通信以及指令發送過程中需要將時間控制在合理范圍內。開關保護器在20ms時間內能夠迅速啟動速斷跳閘裝置。但是，由于計算機發出指令運用的時間遠遠超出保護器速斷跳閘時間，所以需要選擇特殊保護器，將其應用到地面通信系統中，在保證通信狀態穩定的情況下，可以將本地保護工作取消。如果通信狀態不穩定，則需要切換本地保護功能。

3.2 運用智能配網解決越級跳閘

新時期背景下，科學技術發展迅速，將智能技術與防越級跳閘裝置有機融合，能夠有效提高電力設施運行安全性。眾所周知，煤礦井下系統本身具備高壓微機保護線路和設施設備。例如，總線S485就是煤礦井下系統中的重要組成部分，在現有基礎上將該通信設備轉換為以太網，同時在防越級跳閘設備所需的保護系統安裝防爆交換機，能夠使電能順利接入煤礦井下電力系統中。除此之外，相對傳統防越級跳閘技術而言，智能化配網不僅性能良好，而且安裝維護便捷，可以從根本上解決供電系統越級跳閘問題，有利于為煤礦井下作業安全進行奠定良好基礎。

3.3 運用集成保護解決越級跳閘

集成保護需要對煤礦井下作業中所有電力設備相關數據進行采集，包括電壓數據、電流數據等，將這些數據輸入地面保護裝置中，能夠為煤礦作業管理奠定良好基礎。與此同時，集成保護還能夠從根源上避免電力波動問題，有效降低供電系統越級跳閘問題。

4 結語

綜上所述，煤礦開采過程中，由于井下環境復雜，作業管理粗放，導致電力設施在各種因素影響下產生故障，使得供電系統出現越級跳閘問題。嚴重時甚至會引發安全事故，對電力設備和工作人員造成不良影響。為了避免煤礦開采過程出現大面積斷電問題，不僅需要做好井下電力設施監督、檢查工作，還要利用現代化技術構建防越級跳閘系統，保證供電系統安全運行，為電力設施提供保護，促進井下作業安全進行，促進煤礦企業采礦作業向智能化、機械化、標準化趨勢不斷進步。