探究煤矿供电越级跳闸问题

冯 亮，田德良，冯 飞

（1.兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东邹城 273511；2.济宁能源汶上义桥煤矿，山东济宁 272511；3.兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东兖州 272102）

0 引言

在内外部环境中，存在诸多因素会对煤矿供电系统造成影响，从而引发越级跳闸故障。经常出现越级跳闸情况会严重影响煤矿供电的安全性。因为煤矿生产环境非常复杂，应用较多的煤矿机电设备，如果形成越级跳闸现象，会使大范围的煤矿生产区域的设施丧失供电，不但制约煤矿开采的进行，而且会使煤矿工人受困，甚至导致瓦斯和突水事故等。鉴于此，探究煤矿供电越级跳闸问题显得十分迫切。

1 煤矿供电越级跳闸分析

1.1 继电保护因素

煤矿供电线路系统的特点是长度短，通常为3 km。然而，如果短路现象形成于供电线路两端，那么其存在较大的原因差别。尤其是供电运行情况面临较大差别时，如果一味地结合电流段对供电故障进行区别和分析，那么难以实现理想的成效。并且，煤矿供电电网系统应用电力企业比较常见的三段过流保护技术较难实现理想的应用成效。因此，需要实施逐段延时跳闸的控制手段。如果存在较多级数，线路整体中会累积总开关控制的延时时间，基于持续增加累积时间，如果超越固定的线路保护时间，那么开关动作时间大于级差时间的情况势必形成，从而较难设置延时级差。为此，电路过流情况下也启动了跳闸保护的动作，从而造成了上级开关越级跳闸的情况。此外，通常来讲，一段线路系统存在较小电阻值，如果形成短路，则势必增加电流，从而超过设计的上级开关最大电流值，最终造成上级开关越级跳闸现象。目前，纵联差动保护技术是结合光纤或电缆纵向一对一连接线路两端的保护设施，如图1 所示。在出现短路故障情况下结合对比两端功率或电流矢量差，可以明确故障位置，从而对跳闸指令进行控制。纵联差动保护技术的应用比较简便，可以保护各级线路，然而因为煤矿供电系统具备比较复杂的线路，一般一条进线往往跟若干条输出线路相对应，难以确保保护设施为纵向的一对一状态，因此难以在煤矿供电系统的越级跳闸中发挥保护与预防的作用，其可能仅仅适于在新建设的煤矿中应用。

图1 纵联差动保护技术

1.2 电压波动因素

当受到接地不良、雷击影响时，煤矿供电系统的运行会形成显著的扰动情况，从而导致严重的瞬时电压波动，如果额定电压小于瞬时电压波动值，失压脱扣器会形成有关动作，造成供电系统开关丧失失压保护的价值，最终导致越级跳闸情况，以及开关跳闸发生的部位存在较大随机性，较难确定具体的部位。

1.3 开关质量以及开关控制电源的因素

煤矿企业如果忽视选择和配置的开关质量，没有严格把控质量关，将直接影响开关的质量。当然，煤矿在选择开关的应用功能、结构空间等方面面临一定的限制。事实上，煤矿供电系统开关结构的确定比较繁琐，内部传动系统牵涉到非常多的部件，开关结构的运行缺少有效的稳定性，较易导致开关拒动现象。同时，如果难以实时处理有关问题，则持续的时间比较长，难以明确开关拒动问题的性质。这样开关动作跟固有的执行次序相脱离，从而超越执行时间的范围，最终造成严重的越级跳闸现象。煤矿生产中经常应用防爆开关，可是很多煤矿没有将有关辅助配件和专用电源配置到防爆开关中，如果开关的短路故障形成，那么有关的保护设施、监控装置也会形成短路现象，从而造成电源运行故障。并且有关保护和控制电源较难维持顺利工作的状态，非常容易形成保护装置误动情况，从而形成越级跳闸情况。

1.4 保护控制设施的故障因素

煤矿企业在购置保护控制设备时需要认真对待，不允许有丝毫大意。然而，一些保护控制设备因为性能较差，造成煤矿供电保护控制设备难以符合有关指标，这样在启动保护控制设备之后会形成误差较大、速度较慢等问题，使保护控制设备的灵敏性降低，难以实时对煤矿供电系统中存在的安全隐患做出预警。由于保护控制设备存在问题，因此系统误判现象较易形成，从而导致越级跳闸现象。

2 应对举措

2.1 注重应用新型的网络智能继电保护技术

网络智能全线防越级短路保护的应用，特别是牵涉一系列分支线路防越级短路保护中的应用，其特点是灵敏性强、稳定性高、设计简单等，以及比较容易执行，在保护器上应用具备网络智能作用的继电保护技术的保护器，不需对通信线路、专业防越级保护监测设备等进行额外的增设。网络智能继电保护通过体现实时通信作用，实现了继电保护水平的提高，特别是在继电保护和独立监测上，摆脱了传统技术的制约，在短路故障出现时发挥实时通信技术的作用，关于故障的保护器可以实时交换信息，使一个系统整体形成，从而准确判断故障位置，全面分析，再选用科学的保护手段，实现智能化保护作用，有效地保障了防越级跳闸保护的稳定性，很好地处理了分段级延时太长造成的短路跳闸现象，解决了纵差保护只可以进行分段保护的缺陷，最终实现全网络实时速断保护电路的功能。

2.2 将控制保护后备电源应用于防爆开关

为了处理主电路故障情况下线路开关保护设备不具备稳定和长效电源而丧失保护价值的情况，将持续性、专门用于控制保护的后备电源加装在防爆开关保护器中，保障在开关故障情况下保护器稳定工作，从而很好地防止开关控制保护电源形成故障而中断电路的现象，以及防范开关控制器失效导致的开关失效或误动作情况，最终实现对越级跳闸的规避。另外，通过配置持续性和稳定的后备电源能够大大提高开关保护设施的电源抗干扰性能，从而很好地降低了电磁干扰导致的误动跳闸概率。

2.3 保障选用高质量、型号适宜的电力开关

在电力系统的控制上，电力开关的作用非常关键，其也属于煤矿供电系统导致越级跳闸的多发故障部位。为此，选用电力开关显得至关重要，务必选用高质量、型号适宜的电力开关。并且，在安装电力开关前务必试验与测定其性能，保障其跟线路设计指标相符合，并且确保其跟防越级跳闸的保护指标相符合，防止供电系统中应用型号不搭配、质量不过关的电力开关。

2.4 应用分站集中控制技术与基于通信级联闭锁的保护技术

分站集中控制技术的原理时当短路形成于供电线路时，保护控制回路能够采集线路异常信息，且向分站设施传输和分析判断故障信息，且做出有关信号指令，控制该段线路的保护控制开关发生动作，避免形成越级跳闸（图2）。而基于通信级联闭锁的防越级跳闸技术是结合通信线路连接一系列具备纵联关系的供电线路区段的短路保护设施，从而设计相应的时间极差控制各级保护装置（图3）。

图2 分站集中控制技术

图3 基于通信级联闭锁的保护技术

3 结语

为了确保煤矿生产的顺利开展，防范大面积停电事故形成于煤矿井下，务必选用科学、高效的保护控制举措，避免供电系统形成越级跳闸情况。当今，煤矿供电系统大多应用的电网构造是多级短线缆式，以往的保护手段较难与其供电构造特性相符，造成多发越级跳闸情况。为此，通过对煤矿供电系统越级跳闸现象的分析，且有目的性和针对性地概况形成越级跳闸情况的因素，注重应用新型的网络智能继电保护技术，将控制保护的后备电源应用于配置的防爆开关上，应用高效、精准的CPU 微机型监控保护设施，以及选用高质量、型号适宜的电力开关。只有这样，才能够实现煤矿供电安全性与稳定性水平的提升。