煤矿井下供电越级跳闸事故的原因及应对措施

★贾永峰（山西潞安集团潞宁孟家窑煤业有限公司）



煤矿井下供电越级跳闸事故的原因及应对措施

★贾永峰
（山西潞安集团潞宁孟家窑煤业有限公司）

【摘要】本文结合工作实际，从煤矿井下供电系统越级跳闸事故的原因出发，并着重就越级跳闸事故的应对措施进行了研究与探索。

【关键词】煤矿井下；越级跳闸；事故原因；应对措施

当井下供电系统中设备发生短路或其它故障时，因保护整定不当、保护拒动或断路器拒动等问题，而导致的本级断路器不跳闸，而上级断路器跳闸的现象，即被称为越级跳闸。当煤矿井下供电系统发生越级跳闸事故时，不仅将导致井下大面积停电，而且严重影响到煤矿的正常、安全生产，属于一种重大电气安全隐患。为此，必须采取有效的事故应对措施，以尽量避免越级跳闸事故的发生。

一、煤矿井下越级跳闸事故的发生原因

（一）整定值偏大

我国煤矿井下所采用电气设备，其短路保护装置多为瞬时短路保护装置（继电器），且井下同一等级供电系统的供电距离较小。由于继电器均是根据避开尖峰工作电流的原则进行保护整定的，往往电流整定值偏大。因此无论哪一电压等级供电系统出现短路故障，继电器都可能出现误动作，而引发越级跳闸事故。目前，继电器保护整定值偏大，也是导致井下供电系统越级跳闸事故的最主要原因。

（二）整定值刻度与实际动作电流值不符

由于继电器的动作为弹簧变质的动作过程，其电流整定值刻度有可能与实际动作电流值有着较大的差距。如果在继电器安装时没有进行校验，在运行中又没有按照规程进行定期检查，这很可能导致继电器实际动作电流超过短路电流值。当井下供电系统出现短路故障以后，继电器就会因拒动而引发越级跳闸事故。

（三）继电器动作失效

如果继电器在运行过程中，因缺乏定期的维护、检查以及预防性试验，且继电器动作机构又长期没有动作，这都可能导致其传动部分失灵，而不会正常动作。尤其是煤矿井下因空气潮湿原因，很容易引发继电器出现机械故障问题，而导致越级跳闸事故。

二、煤矿井下供电系统越级跳闸事故的应对措施

（一）采用带有延时动作的继电器装置

带有延时动作的继电器，是指当井下供电系统发生短路故障时，继电器装置的保护动作不立即进行，而是经过适当的延时才开始动作，例如：GL型反时限过电流继电器就是这种装置的典型代表。

采用这种继电器装置，它的电磁式部分起到速断作用，而感应式部分则能发挥出后备保护的作用，从而有效避免越级跳闸事故的发生。根据煤矿井下以及断路器动作的具体情况，这种继电器装置延时时间通常设定为0.2~0.5s。

（二）采用选择性限时保护方案

由于煤矿井下供电系统因技术性或经济性因素，其供电网络多为100m~1500m的短电缆所构成的纵向电网。由于这类供电系统电网的供电距离较短，导致依靠整定值幅度进行鉴别的继电器短路保护很难满足选择性保护的要求。为尽量避免越级跳闸事故的发生，井下供电系统应当采取选择性限时保护方案。该方案主要包括了选择性联锁速断保护方案以及选择性逻辑判断速断保护方案两种。

（三）选择性联锁速断保护方案

选择性联锁速断保护方案的系统设计，如下图1所示。在该方案中，断路器均采用的是反时限过流保护以及短延时速断保护。井下供电系统考虑到日常生产中危险因素较多，可将延时保护的时间设置为0.2s左右，地上供电系统则延时保护时间一般设置为0.5s。

图1　选择性联锁速断保护方案示意图

如上图1所示，该保护方案的动作过程为：

①当K3点发生短路时，继电器保护1、保护2和保护3启动，其中动作机构DK3瞬时闭锁DK2，DK2瞬时闭锁DK1。在0.2s以后，如果3QF跳闸且解故障，则继电器保护2与继电器保护1返回，2QF与1QF不会出现误动问题。如果3QF没有跳闸动作，则DK3对DK2的闭锁被解除，则DK2不会发出跳闸命令，2QF也不会出现误动作。

②当K2点发生短路时，继电器保护1、保护2启动，其中动作机构DK2瞬时闭锁DK1。在0.2s以后，如果2QF跳闸且解除故障，则继电器保护1返回，1QF不会出现误动问题。如果2QF没有跳闸动作，则DK2对DK1的闭锁被解除，则DK1不会发出跳闸命令，1QF也不会出现误动作。

③当K1点发生短路时，在0.2s以后，1QF跳闸并解除故障。

在该保护方案中，继电器的短延时速断保护作为主保护方案，而反时限后备保护则作为备用保护。通过这种方案设计，能使继电器得到合理整定，以有效避免整定值偏大，或者整定值刻度与实际动作电流值不符的问题发生。其中，图中动作机构DK3、DK2、DK2均是沿着供电系统线路设置选择性联锁控制线路，且各继电保护1~3均具备延时跳闸保护功能。因此，当短路故障发生在下级线路中时，本级线路中继电器刚开始延时，其联锁控制单元就将发生闭锁，从而避免了继电器的误动作，而不会出现越级跳闸事故。

（2）采用选择性逻辑判断速断保护方案

选择性逻辑判断速断保护方案，如下图2所示。在该方案中，断路器均采用的是反时限过流保护以及短延时速断保护，并设置有微机处理单元以继电器的逻辑判断功能。井下供电系统的延时保护的时间设置为0.2s左右，地上供电系统则延时保护时间一般设置为0.5s。

图2　选择性逻辑判断速断保护方案示意图

如上图2所示，该保护方案的动作过程为：

①当K3点发生短路时，继电器保护1、保护2和保护3启动，在0.1s以内微机处理单元CS3 和CS2均发出高位信号到CS1。然后由微机处理单元CS1判断K3是否真正出现短路故障，并向CS3发送跳闸指令，然后3QF开始跳闸动作

②当K2点发生短路时，继电器保护1、保护2启动，在0.1s以内微机处理单元CS2发出高位信号到CS1。然后由微机处理单元CS1判断K2是否真正出现短路故障，并向CS2发送跳闸指令，然后2QF开始跳闸动作

③当K1点发生短路时，CS3不发送跳闸指令，1QF跳闸并解除故障。

（3）选择性限时保护方案中继电器的合理整定

在以上两种选择性限时保护方案中，如采用常规的避开尖峰工作电流的方法进行整定，其保护范围较小，并不适宜。因此，在该方案中可采用逆向整定的方法，即通过电力系统线路末端最小两相短路电路，以及灵敏系数KL的比较来确定其继电器的动作电流，具体方程式为：

在上式（1）中Idx和I分别是指各级继电器的动作电流，以及线路末端最小两相短路电路，单位均为kA；KL则为灵敏系数，一般取值为1.5。

三、结语

煤矿井下供电系统发生越级跳闸事故的发生，将对煤矿的正常、安全生产带来严重的影响，必须采取有效的事故应对措施。本文从煤矿井下供电系统越级跳闸事故的原因出发，并提出了采用带有延时动作的继电器装置，以及采用选择性逻辑判断速断保护方案这两种应对措施，以此希望能进一步控制和避免井下供电越级跳闸事故的发生。

参考文献：

[1]丁志诚.浅谈越级跳闸故障的发生及防范对策[J].电力工业，2012（9）.

[2]李德海.煤矿主要负责人及安全管理人员安全培训教材[M].北京：中国矿业大学出版社，2010.

[3]蒋协和.煤矿电气安全[M].北京：煤矿工业出版社，2012.