井下高压供电系统越级跳闸的危害、原因和解决方案

周小明

摘 要：本文阐述了煤矿高压供电系统跳闸对供电系统和煤矿安全造成的危害，指出了越级跳闸的原因和解决方案。

关键词：越级跳闸；智能配网；解决方案；光纤纵差保护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.153

1 煤矿井下越级跳闸造成的危害

越级跳闸是指当电力系统线路发生短路、漏电等故障时，需有该级预设保护的断路器进行跳闸保护来切除故障，但因该级断路器故障而未跳闸，由上级或者下级断路器跳闸进行越级跳闸。煤矿是一个高危险行业，电力除了用于生产，还是安全设施设备正常工作的必要条件。越级跳闸给煤矿井下供电带来极大的安全隐患，越级跳闸可能导致煤矿井下大面积停电，造成煤矿主要通风机停止运转，会使煤矿井瓦斯浓度升高，瓦斯浓度升高会引起爆炸、燃烧，造成重大伤亡事故。主要通风机停止运转还会使煤矿井下空气含氧量下降，使井下人员窒息死亡。还可能造成煤矿主排水泵停止运转，使煤矿井下巷道和作业场所被水淹没，使煤矿报废或造成重大经济损失。因此解决煤矿井下越级跳闸对于保障井下安全具有重大的安全意义和经济效益。

2 煤矿高压变电所越级跳闸的原因分析

2.1 高压供电线路故障

供电系统短路是造成越级跳闸的直接原因，线路越长，起始端和线路末端的短路电流差就越大，电流的变化趋势越陡，保护范围越大。但是，煤矿井下供电往往是供电线路短，分级多，当线路越短时，短路电流的变化平缓，速断保护整定值往往不能提供可靠的短路保护，更容易导致越级跳闸。煤矿供电采用中性点不接地系统，发生单相接地故障时，会导致瞬间电弧放电产生弧光过电压，励磁电流急剧增大，造成电压互感器烧损保护元件而导致越级跳闸。

2.2 继电器故障引起的越级跳闸

继电器机构联动错误或拒动，会造成越级跳闸。同样整定值错误或者定值的漂移、分和闸线圈的损坏、接线方式的错误、机械部位的变形、转动部位的移位等原因都会导致越级跳闸情况的发生。

3 煤矿高压变电所越级跳闸的解决方案

（1）在井下供电系统中，光纤纵差保护为保护地面风井变电所至中央变电所或中央变电所至采区变电所的重要负荷电缆线路，安装保护电缆线路两端的开关上。保护装置的工作原理将两端的采样值进行对比，以确定所发生的故障是在线路内侧还是外侧，从而保护线路的全长。差动保护：在线路两侧装设同型号、同变比、性能完全一样的电流互感器，电流互感器的二次回路接入相应的微机保护的采样端子上，对端过来的光纤直接接到装置上对应的光口上，注意跳纤的收发。两侧的微机保护装置一致，电流互感器一样和接线方式一样，因此两端的电流差为0，也就是不存在差流。当内部出现故障时，两侧的电流存在差值，当差值达到定值时，且超过整定时间，装置动作，跳开两侧开关。对于区外故障来说，虽然故障发生，但是流入装置的电流方向没有变化，跟之前的电流方向一致，因此，两端的差流值没有变化，理论上为0.此时装置不动作。

（2）在煤矿供电系统中，我们利用下级变电站保护信号经矿井高速以太网快速闭锁本线路保护的速断保护功能，实现了快速可靠的特点。智能配网的解决方法是采用光纤网络纵联电流差动保护的原理来实现防越级跳闸。纵联电流差动保护原理是建立在基尔霍夫电流定律的基础之上。智能配网的解决方法利用光纤通信将输电线路的各端的点流量及相位信息通过光纤网络的方式连结起来，并且进行相关比较，从而判断是本输电线路是内部故障还是外部故障，从而决定是否动作切除本线路。矿井地面变电站出线速断保护一般采用无延时设计，由于线路主要采用电缆方式且距离并不长，所以会和下级变电站出线或移动变电站的电流保护的动作区重合，从而失去选择性。智能配网可以利用下级变电站保护动作或馈出线保护动作信号快速闭锁本线路保护的速断保护功能，从而实现选择性。智能配网方案属于可靠性较高的方案。

（3）加强对继电保护的维护和检修，保证机构联动可靠，整定合理，定期对电磁机构进行检修和维护保养。对机械部位和连接部位螺丝检查，定期对跳闸线圈做动作耐压试验，确保能可靠跳闸，保证整个电气回路的可靠性。检查断路器分、合闸线圈，线圈完好无损。通过对继电器机构联动部位检查，确保机构运行可靠，接线良好，接点接触牢固可靠。定期对保护装置和二次回路做试验，保证继电器处于良好工作状态时方可运行。做好机构性能检测工作，避免人为误操作和检修不当造成机构损坏或定制设置不合理等现象。

4 总结

煤矿供电系统越级跳闸问题一直困扰着煤矿的安全供电，越级跳闸给煤矿供电安全带来极大的安全隐患，伴随着技术的进步和发展，智能配网方案能够很好的解决矿井高压供电系统越级跳闸的问题，保证了煤矿供电系统安全可靠运行。

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