煤矿供电防短路越级跳闸系统优化设计

王 倩

（大同煤矿集团雁崖煤业有限公司， 山西 大同 037003）

1 煤矿供电越级跳闸原因

随着我国矿井产能的不断提升，井下巷道也在不断延伸，由于巷道内恶劣环境如空气湿度大、化学气体多、地质条件复杂，导致供电设备电缆出现腐蚀、漏电、破损等情况，再加上矿井中使用的设备均未安装开关保护装置，一旦供电负荷末端出现短路，由于上级开关未能及时发现将直接造成上一级开关跳闸而产生越级跳闸现象。出现越级跳闸的原因大多为保护未投入、综合保护器失效或保护延时设置不合理。我国大多数矿井采用纤纵差保护，这种保护方式不能有效的对末端故障信号进行拦截。因此，雁崖煤业公司供电科技术人员采用GOOSE 闭锁技术对井下供电防越级跳闸系统进行优化设计。

2 GOOSE 闭锁技术工作原理

我国矿井通信现大多采用光纤，光纤由于传输数据快、数据传输量大在矿井信息传输上具有较大优势。虽然保护监控器能够对光纤中传输的各类数据进行全面检测，但是不能识别越级跳闸信号。技术人员通过对井下供电系统各分路进行改造，从地面变电站到井下中央变电所，再到变电所再到各掘进、综采配电点逐级安装断路保护装置，实现了供电线路四级控制[1-2]。

井下工作面在正常供电时，当主路或分路供电系统发现故障信号后，控制保护器1 号、2 号、3 号、4号会及时发现故障信号，此时4 号控制保护器会根据故障信号反馈的信息进行分析，当故障电流大于保护动作要求时及时动作切断电源，并将闭锁信号及时传递到1 号、2 号、3 号控制保护器，制止1 号、2号、3 号控制保护器在有效时间误动作，当4 号控制保护器切断电源后，3 号控制保护器故障电流仍然大于保护动作要求时，3 号控制保护器及时动作切断电源，按照这样的规律一直到保护装置不动作为止，这样就能有效地避免供电系统越级跳闸事故的发生，避免的故障扩大化，如图1 所示[3]。

图1 煤矿供电系统故障示意图

3 防越级跳闸系统短路保护器组成

1）中央控制处理器：中央控制处理器是该套防越级保护装置最主要的部件。中央控制处理器上外接多个接口，能够与以太网、矿井环网、模块接口及定时器接口进行连接，该处理器具有设计原理简单、保护装置稳定性高、功耗低的优点。

2）交流采样控制器：供电开关在工作时，运行的各类参数（三相电压、三相电流、零序电压、实际电压）通过AD 转换模块进行采集，为保护装置的判断提供信息。

3）通讯部件主要采用矿内环网及光纤以太网进行传递。人机接口部分主要由以下三部分组成：指示灯、遥控器、显示器。

4）保护监视器：通过对附加电阻中直流监视线进行监测。工作原理为使用VFC 法对供电设备的直流电压进行实时采样，完成电压采样后再对监测区域内供电回路的电阻进行分析，从而判断供电回路的绝缘性[4-5]。

5）短路保护器中的人机接口部分主要由红外线、LED、LCD 液晶三部分，液晶显示器能够将监测设备采集到的数据显示在屏幕上，方便工作人员的查阅；指示灯能够直接显示开关的运行状态、故障报警及复位状态；红外线采用红外线技术，能够通过操控遥控器对开关的运行参数、整定设定、故障查询、历史查询及复位进行操作。

4 防越级跳闸系统运行注意事项

1）矿井内使用的所有供电负荷线缆规格均必须达到煤矿规程要求，供电电缆、信号线均必须达到本质安全型标准，控制保护器的铺设排列采用分层式和分散式进行安装，如电缆未达到防爆要求或电缆老化严重，这些均会影响防越级系统的性能。

2）由于井下工作环境狭小，各类线缆均在一起排列，如车辆定位、人员定位、大型供电设备、环形电缆会产生磁场影响保护装置的数据，造成保护装置误动作。因此开关保护装置防越级系统需安装抗干扰性强的通信线缆，提高数据的准确性，防止开关误动作。

3）由于工作环境恶劣，保护装置出现故障后更换难度较大，因此煤矿在采购防越级系统时需选择具有资质的一流厂家，确保装置的各项性能能够满足矿井需求，同时保护控制器必须具有较高的电磁兼容性。

5 应用效果

雁崖煤业公司供电科针对供电系统越级跳闸现象，采用GOOSE 闭锁功能的短路保护器进行原系统优化，通过实际应用效果来看，该系统动作灵敏可靠、故障率低、有效防止了供电系统越级跳闸现象，确保了煤矿供电安全稳定运行，取得了显著的经济、安全效益。

（编辑：王慧芳）