煤矿供电越级跳闸问题解决方案研究

徐开文

摘 要：煤矿井下供电系统的越级跳闸是煤矿发生安全事故的一个重要因素，它影响着煤矿供电的各项生产活动。本文简单分析了煤矿供电系统的跳闸问题，并通过对各种原因的判断，提出了相关的越级跳闸问题解决方案，以供参考。

关键词：煤矿；供电；越级跳闸；问题；方案

引言

在煤矿开采生产的过程中，供电安全是十分重要的，由于煤矿供电网络结构特殊，参数整定较难，同时煤矿作业环境很差，极易造成电缆绝缘破坏，从而导致相间短路和漏电事故的发生。当短路故障发生时，下级和上级之间的短路电流差别很小，导致上级保护装置误动作，造成越级跳闸问题。煤矿井下供电越级跳闸会影响到采区的生产，造成煤矿井下的大面积停电并引起瓦斯聚集的情况，最终致使整个生產系统瘫痪，对井下工人的生命安全造成严重威胁，因此，要进行煤矿井下高压供电系统越级跳闸的预防，为煤矿井下的工作人员创造安全的工作环境。

1煤矿供电越级跳闸问题分析

1.1供电结构复杂

煤矿供电系统多采用分级供电方式，线路中电缆长度均比较短，电缆阻抗值较小（一般为0.06～0.08Ω /km ）。线路首尾两端电流幅值差异非常小，甚至在有些电缆中，末端最大电流幅值要明显大于首端短路电流幅值，导致速断保护范围变小。线路的末端由于负荷比较大，电缆截面较大，在短路发生以后，上级电流值与下级电流值差异不大，速断配合也难以实现，并且虽然整体存在级差，但级差作用也很难发挥出来，因此，一旦下级出现短路，就极有可能出现越级跳闸的情况。

1.2短路保护不及时

随着煤炭产量的增加和负荷的不断提高，煤矿井下所选的开关在选型上很难做到与地面变电所的供电设备合理搭配。同时，由于井下环境潮湿，很容易造成高压开关卡涩不灵活，以致于增加开关动作时间，造成当短路发生故障时，地面的高压开关柜动作快于井下高压防爆开关，因此造成了井下越级跳闸现象。此外，短路保护要求动作时间要迅速，即在0.2s以内对直接供电的最上一级的开关做出短路保护动作，但现有的设备和理论上都很难实现保护器在时间上的配合。

1.3继电保护不全面

当前工业领域采用的供电保护方式主要为纵差保护方式，其主要适用于远距离的电能输送，但是在井下供电中需要格外注意对系统总压降的保护。此外，出现短路状况后，相应的分支开关跳闸，而总开关不发生跳闸，这样就会导致没有发生故障的线路发生停电，说明纵差保护对井下供电这种短距离多分支的线路并不能发挥保护作用，更不能避免线路发生越级跳闸状况。

1.4设备管理不到位

煤矿井下用电设备比较集中，随着大功率设备不断增多，在没有相应保护措施的情况下，同时启动可能会造成瞬时的电压波动，如果电压在瞬间波动超过安全的范围，由于开关内的电压保护是瞬时的，必然会启动保护开关，直接引起大面积的越级跳闸。此外，煤矿用电高峰时，井下一些大功率、冲击性和非线性负荷的投入使用，不仅导致了电网功率因数降低、无功功率的快速变化、电压和电流波形畸变和大量谐波产生，电网中浪涌和谐波的干扰会直接影响矿井保护设备的工作状态，导致误动和精度下降等问题。

2煤矿供电越级跳闸问题解决方案

2.1优化供电结构

为减少越级跳闸问题，可通过减少供电级数对煤矿供电结构进行调整，并且对机电设备加强检测维护管理，减少影响线路运行的不利因素。如，对于高爆开关固有动作时间问题，应对该开关设备加强维修管理，防止电容衰减及开关卡涩等问题的发生；应对电流互感器进行科学的鉴定，在鉴定过程中发现不合格产品要及时更换，对接地及屏蔽管理也要加强，降低负荷受系统波动的影响。此外，对井下关键线路的越级跳闸应该重点进行预防，如中央变电所、采区变电所及地面6/10kV变电所之间的越级跳闸，要对该线路结构进行优化改善。通过改善供电结构、加强设备维护管理等措施，可极大地减小越级跳闸问题发生的概率。

2.2科学设计速断保护

在煤矿供电系统中，发生短路电流较大的情况时，上下级必须要同时投入无时限的速断保护，但是在上级线路进行速断保护中可能出现启动跳闸的情况，因此就很可能不能起到防止高压供电系统越级跳闸的作用。新型速断保护的方案是基于单片机和串行通信进行设计的，它在电网发生短路故障后的0.2s内就能够有选择性地快速断电。这种在0.2s内就能够有选择性地快速断电的新型速断保护方案能够起到避免井下高压供电系统越级跳闸的作用，因此也就能起到避免大范围停电的作用，对煤矿井下的安全生产工作起到一定的保证。

2.3调整继电保护系统

在进行高爆开关的选择时，选择新型的性能高的高爆开关，比如永磁式操作机械类型的高爆开关，或者对原BGP型开关电流的保护动作时间进行更改，先前对短路的综合保护中有很多冗余的环节，因此要对其进行改变，采用微机综合保护代替传统继电保护，采用“面保护”和保护装置纵向关联相结合的防越级跳闸方法。 将从前通常作为综合保护的冗余环节变为后备保护部分，以此来提高微保护动作的准确性和可靠性。此外，对于重要负荷尽量采用双回路或进行独立供电。例如风机一类，可采用独立供电的方式；对于一些关系到煤矿井下安全的重要负荷，可以采用双回路的供电方式进行供电设计。

2.5加强GOOSE通信技术应用

GOOSE是一种基于IEC61850标准定义的快速报文传输机制，GOOSE通信机制中报文的发送和接收分别由发布者和订阅者来执行。正常工作时，发布者以定时间隔（心跳时间）T0发送，当检测到跳闸信号时，立即发送跳闸和闭锁指令，然后以定时间隔T1发送2次跳闸和闭锁指令，以定时间隔T2、T3各发送一次跳闸和闭锁指令，直至收发稳定后，再以定时间隔T0发送。供电系统设计节点发生故障后，启动保护跳闸的同时按上述原理向上级网络节点发送GOOSE报文信息，实现上级节点跳闸闭锁功能，供电系统的越级跳闸原理如图1所示。

2.6做好设备维护与保养

对矿井内所有机电设备进行日常维护与保养是防止越级跳闸问题出现的关键措施。对机电设备要做好保护工作，尤其是在采掘面爆破及放顶等工作的开展中，要对电缆、机电设备等进行防护，防止设备被落石砸坏，进而避免带电体对地直接脱闸等问题的发生；同时也要加强对故障机电设备的维修工作，提高设备的绝缘性能。加大对井下机电设备的监督与管理，详细制定管理措施，加强对设备使用及操作人员的培训，使其能爱惜设备，提高设备运行中操作人员的责任心，避免误操作引起跳闸。

结束语

总而言之，越级跳闸问题是煤矿供电系统中经常出现的问题，对煤矿的经济效益及安全生产都带来不良影响，为避免该问题的发生，相关煤矿企业要加强对防越级跳闸技术的研究和实践，通过改变供电结构、加强设备管理，增强煤矿井下供电系统的安全性、可靠性。

参考文献：

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