煤矿井下高压电网越级跳闸的原因及防治

叶志强，张四海

（1.河南理工大学，河南 焦作 454000；2.河南能源焦煤公司九里山矿，河南 焦作 454000）

现在，采区变电所所提供的高压电源是大多数煤矿井下工作时所使用的电源。但是因为煤矿井下的工作环境比较恶劣，所以在工作中所使用的电缆很容易因为各种原因而损坏，从而造成短路故障。引起高压电网越级跳闸。这样的现象会对煤矿的开采产生很坏的影响。

1 煤矿井下高压电网越级跳闸的原因

近些年来，我国经济迅速的发展，对于煤炭的需求量也在不断地升高，而采煤过程中安全事故频发。而越级跳闸就是造成安全事故的重要原因之一，那么造成煤炭井下高压电网越级跳闸的原因有以下2点：

（1）开关配置不合适。随着我国经济的不断发展，对于煤矿的需求量也在不断升高，也就导致了煤矿开采中的负荷力不断地增加。所以，在煤矿开采时所使用的高压防爆开关也在不停更换。但是在对防爆开关型号的选择上，却很难选择到与供电所的供电设施相匹配的开关。现在，在煤矿井下工作时所使用的开关时间主要有两部分构成。一部分是继电进行保护的装置时间，包括单片机的处理时间、采用时间和继电器信号发出的时间。而另一部分是开关的固有动作时间，主要包括跳闸机构动作时间、跳闸电磁铁的运动时间、真空电路器的运动时间。但是因为井下的环境比较恶劣导致了开关在使用过程中容易发生运作不灵活的现象发生，导致发生短路现象时，井下的高压防爆开关要慢于路面上的开关。从而导致了井下越级跳闸的事情发生。所以，为了避免越级跳闸的现象发生，首先要做的就是配置合适的开关。把它放在一个重要的位置上来。

（2）井下供电的过程中电线的电流较大。在井下供电过程中，长距离的供电与短距离的供电所产生电流值也不相同。在长距离的供电时，因为电线的首尾电流相差较大，导致电流的变化也比较陡峭，所以，在继电保护时，保护的范围也会变大。但是如果供电的距离较短，那么线路首尾的电流值也是差不多的，所以电流的变化也不会太大，保护的范围也就会变得很小。这样对比来看，短距离的供电优点会更多。

综上所述，在煤矿井下的供电过程中会选择较小的线路，在较长的供电线路中就采用多段短线路进行拼接组成长的线路。这样做就很难再区分上下的电路，所以速断的保护也就几乎不起作用。在现在的煤矿井下工作时，采用的是微机保护的方法，这种方法采取保护的标准是短路电流的大小，一旦电流过大时，就会越级跳闸。所以，在避免越级跳闸的现象发生时，首先要做到的就是避免电线的电流过大。

（3）速断的方案过于传统。在传统的速断保护方案中，方法是下级保护比上级保护少0.5s。但是为了更准确地排除故障，一般都会把电流的速断保护定为0s。也就是把地面上变电所的保护方案定为0s，这样井下的保护时间也是0s，采取的方式是上下级互相配合的方式。这样的方法会增加电流的导电能力，但是对于导电材料的要求也会提高，这样的方法过于传统，会导致资金增加的同时，还不能提高安全性能，所以，应该采用先进的方案进行速断。

在煤矿井下工作时，造成越级的原因主要有开关配置不合适、供电的过程中电线的电流过大、速断的方案过于传统等三个方面，那么应该针对这三个原因找出具体的解决措施。

2 煤矿井下高压电网越级跳闸的措施

在煤矿开采的过程中，会出现很多的问题，导致安全事故的产生，那么在越级跳闸中出现的问题，有以下的解决措施。

（1）配置合适的高压防爆开关。在煤矿开采的过程中，因为工作环境比较恶劣，导致高压防爆开关的损坏率很高，所以，要经常对高压防爆开关进行更换，在更换过程中应该选择合适的开关进行匹配。应该将地上供电所的开关与井下的开关相匹配，在井下恶劣的条件下，减小短路现象的发生，从而减少煤矿井下高压电网越级跳闸的现象发生。

（2）在供电的方式上，选择独立的供电或双回路的供电。在选择供电方式时，要选择独立的供电或双回路供电，这样，如果发生其中一个回路停止工作时，另一个回路还能单独供电，负担起供电的职能。但是，在供电的过程中，因为环形的供电倒闸结构比较复杂，所以可以减少环形供电的级数，这种方法也可以减少越级跳闸的次数。而在井下工作时还有一种现象会发生，就是停电的现象。当发生停电时，全部的负荷都在另一个电源上，过大的负荷也会导致越级跳闸，面对这一状况，应该在通风机或者瓦斯抽泵站等重要负荷的地点设置双回路的供电，这样，就可以保障越级跳闸的事情不会发生。

（3）运用先进的方案和保护系统。在防止井下高压电网越级跳闸的过程中，还应该引进先进的技术和设备。首先，可以利用纳秒级同步技术和高速光纤技术，将地上变电站的控制中心和井下的防爆高压开关相连接，对主机上的动作线路进行保护。还要做到识别光纤保护的饱和，当停电发生时，可以不受到影响继续工作。从而减少越级跳闸的现象发生。还要加强对高压防爆开关的改造，运用最新的技术对其进行保护。还要将使用时间过长或者没有太全的保护功能的开关进行替换，要保证开关的功能齐全，能够满足井下工作的全部要求，从而减少越级跳闸的现象发生。

（4）正确计算高压保护方案。正确的制定高压保护方案可以在一定的程度上减小停电的范围，让地上变电所的防爆高压开关一直处于被保护的状态，在对跳闸后增加负荷的电值流进行整定时，对电流的保护要按照一回线路的整定。对于地上变电所的要求是要按照中央变电所和井下的保护范围，它的长度值要大于线路的15%。如果没有完成这部分的要求，还可以将带时限的电流配合相邻的大三短路电流，然后再将井下中央变电所与最大条件的回路线缆的档次拉开。做到上述的这些，就可以减少煤矿井下高压电网越级跳闸的发生。

（5）避免错误动作的发生。在对供电级数较大的开关进行保护时，有时会出现错误动作的发生。因此会造成短路故障。所以，应该减少错误动作的发生。在对其保护时，要使用性能好的、精准度高的仪器。也就是将速断的时间设置在0.1～0.3s之间，将电流保护的时间定在下一级的保护时间之间。而最末一级的开关设置的速断时间为0.1～0.2s之间。做到以上的措施，就可以减少煤矿井下高压电网越级跳闸。

在煤矿井下工作进行时为了避免越级跳闸，可以做到配置合适的高压防爆开关、在供电方式上选择独立的供电或者双回路的供电、运用先进的方案和保护系统、正确计算高压保护方案、避免错误动作的发生等五个方面。通过以上五方面的措施，从根本上杜绝越级跳闸的现象发生。

3 结语

我国经济不断地发展，对于煤的需求量也在不断增大。很多地区甚至把煤矿当做支柱产业。但是，在煤矿开采过程中，还是会发生很多的事故，所以，在煤矿开采中安全事故的防护不容忽视。这些血一样的经验教训告诉人们要重视煤矿开采过程中的防护措施。文章从煤矿井下高压电网越级跳闸做了分析，并找出了问题与相关的解决措施。希望对煤矿工程的发展做出贡献。

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［2］王艳玲，聂君君.矿井防爆开关越级跳闸综合预防及改进技术研究［J］.科技创新与应用，2016，（17）：129.

［3］李忠奎.煤矿井下电网越级跳闸故障识别及防治技术研究［J］.煤矿现代化，2017，（4）：100-102+105.