煤矿供电系统中越级跳闸问题研究

王太民

摘 要 煤矿井下供电系统线路保护普遍面临通信能力差、保护器功能不全、漏电保护无法实现比较、失压保护零时延以及速断过流保护定值无法整定等问题，导致井下供电出现短路、过流等故障，尤其是广泛存在的越级跳闸，对井下供电系统安全运行造成威胁。由于煤矿供电系统复杂一旦发生越级跳闸事故，会导致大面积停电，严重危及人身安全。本文根据煤矿供电系统特点，分析和总结了造成短路越级跳闸的原因，提出了利用智能变电站区域集控技术防止越级跳闸的方案，经过在煤矿的实际应用，效果良好。

关键词 供电系统；越级跳闸；区域集控

引言

由于煤矿井下供电系统部分线路过短，允许保护时限比较短，整定过流速断保护比较困难，当出现过流现象时，经常出现越级跳闸的问题。因此，某煤业采用故障区段矩阵判别算法，并将该算法与智能变电站区域集控技术相结合，使得变电站具备智能故障识别和隔离的功能，从而在根本上解决煤矿越级跳闸的问题。

1 越级跳闸原因分析

1.1 失压保护零时延

保护器的失压保护动作时延不能整定，工作面大功率设备重载启动时，会造成母线电压瞬间降低，导致越级跳闸或大范围跳闸。同时，馈线在距离母线很近的地方发生短路会导致母线电压短时失压，会使得该段母线上的开关欠压脱扣跳闸引起越级。

1.2 速断过流保护定值无法整定

由于供电距离远且线路短，存在三端或多端线路，无时间级差，无最小保护范围，线路保护定值难以制定。同时井下环境特殊，存在多级采区变电站级联，无法通过增加时间级差实现线路的整定配合，线路极易发生越级跳闸，对煤矿的安全生产造成严重影响。

1.3 上、下级继电保护开关装置不配合

继电保护装置短路保护时间小于200ms，当前设备与井下的高压防爆开关无法有效配合，随着供电线路的延长，整定值逐级降低，降低到一定程度后，会造成开关动作关闭，导致越级跳闸故障。

1.4 漏电保护装置的可选择性差

①煤矿供电系统电网内存在谐波，对保护产生严重影响；②零序电流互感器的特性存在差异，检测到奇异信号、强烈信号或微弱信号时，易出现失真，使得故障信号识别率降低；③接地方法不够简洁，一般采用瞬时性接地和稳定性接地，其中又包括电弧性接地和直接接地，导致故障信号复杂；④电力系统网络中线路的距离、电网的补偿程度以及系统的平衡度与保护都密不可分[1]。

2 防越级跳闸的原理及实现方式

2.1 基本原理

在煤矿各高压开关中配备级联纵差微机综合保护装置，利用光纤连接上级至下级变电所的进线开关，交换上下级间的故障信息，利用上下级开关协商的方式分析故障范围，最终能够根据就近原则将故障点切断，避免该类故障的发生。

2.2 实现方式

采用光纤数字纵联差动保护装置，在高压真空配电装置中采用光纤。该保护装置主要用来检测全网的动态情况，利用上下级开关协商的方法进行判断，可以准确判断问题所在，迅速切除。用A1+、A1-、A2+、A2-表示上下级变电所之间的联络开关，它们配备的保护装置均具有差动保护功能。见图1。

①假设高压电缆L1段出现短路故障，其本级高开A1+保护测到短路电流，而A1-高开保护处未测到短路电流，两高开之间的电流差就是短路电流，两高开保护中的差动保护功能都启动，L1两端的A1+与A1-保护动作于跳闸，将故障切除。②假设L2段出现短路故障，其本级高开A2+的保护测到短路电流，A1+、A1-保护测到短路电流，A2-保护没有测得。所以，A1+、A1-测的电流差是0，按照相关原理A1+、A1-差动保护不启动，开关不跳闸，而L2两端的A2+、A2-测得的数值就是短路电流，两高开保护中的差动保护功能都启动，动作于跳闸，将故障切除。③假设L3段出现短路故障，高开A3、A2+、A2-、A1+、A1-都测到了短路电流。A1+、A1-的电流差是0，A2+、A2-的电流差是0，级联纵差保护都不启动。启动A3短路保护功能，L3的短路电流到达其定值，A3短路保护动作于跳闸，将故障切除。④假设L4段出现短路故障，高开A4、A1+、A1-都测到短路电流。A1+、A1-的电流差是0，级联纵差保护不动作。高开A4短路保护启动，L4的短路电流到达其定限值，A4短路保护动作，跳闸，故障切除[2]。

3 防越級跳闸技术分析

4 结束语

生产中，煤矿井下经常会发生电气故障。为避免大规模停电引起越级跳闸问题，构建防越级跳闸系统过程中，必须要保证其传输效率，方便后期升级。此外，一定要可以实时监控保护动作行为信息。

参考文献

[1] 张素萍，龙卫新，潘社辉.煤矿防止短路越级跳闸技术研究[J].山东煤炭科技，2017，（10）：114-115，117.

[2] 王建文.煤矿供电系统防越级跳闸的应用[J].山东煤炭科技，2017，

（10）：123-124.