煤礦越級跳閘的危害與防治

摘 要：煤礦井下供電系統(tǒng)是一個單側(cè)電源輻射狀電網(wǎng)，由于采區(qū)變電所距電源較遠(yuǎn)，中間經(jīng)過的級數(shù)較多（3-6級），造成同一電壓等級要穿越多個變電所，因此需要較長的時限和較大的定值配合，而電力部門對電源保護的時限和定值已經(jīng)限定（<2秒），無法更改，造成整定值過小，保護時限過短，保護無法配合，另外井下部分短供電線路也會造成保護整定值無法區(qū)分，因此造成越級跳閘事故頻發(fā)。煤礦井下工作環(huán)境惡劣，單相接地（漏電）故障無選擇性跳閘成為煤礦供電的普遍現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅供電安全，據(jù)有關(guān)研究成果統(tǒng)計，礦井高壓電網(wǎng)85%以上的故障均為單相接地（漏電）故障或接地（漏電）故障引發(fā)的短路故障、過電壓故障。因此針對礦井短路越級與漏電無選擇性跳閘關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，真正解決煤礦供電難題，提高煤礦供電可靠性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：越級跳閘；單相接地故障；保護時限

1 越級跳閘

是指電力系統(tǒng)故障時，應(yīng)由保護整定優(yōu)先跳閘的斷路器來切除故障，但因故由其他斷路器跳閘來切除故障，這樣的跳閘行為稱為越級跳閘。

2 煤礦電網(wǎng)越級跳閘原因分析

煤礦下井線路較多，變電所多，相互聯(lián)系，供電復(fù)雜，同一電壓等級從地面到井下有多級，且有的級是短線路，傳統(tǒng)階段式電流繼電保護無法整定，導(dǎo)致煤礦電網(wǎng)存在著越級跳閘和漏電保護無選擇性供電特殊問題。煤礦各級高壓開關(guān)之間的短線路短路電流的變化平緩，始末端短路電流差值小，如下圖所示。短路一般按躲過線路末端最大短路電流整定（Id1- L1max），則在最小運行方式時已經(jīng)無保護范圍（L1min），即保護靈敏度<1；電力系統(tǒng)規(guī)程建議在靈敏度小于1的情況下不適宜裝設(shè)電流速斷保護，但是煤炭規(guī)程規(guī)定井下必須裝設(shè)速斷保護，不準(zhǔn)甩掉不用；此時一般按同一靈敏系數(shù)法整定（Id1- L1max），造成線路在最小運行方式下有保護范圍（L1min），然而在最大運行方式下保護保護范圍已到達(dá)下一級開關(guān)出口線路（L1max），則越級跳閘成為必然。

圖2-1 短線路越級跳閘原理圖

3 治理越級跳閘的發(fā)展

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，繼電保護逐步向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，目前電力系統(tǒng)正在大力發(fā)展智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，智能化變電站技術(shù)的迅速發(fā)展為煤礦電網(wǎng)解決短路越級與漏電無選擇性提供了新的技術(shù)手段。“智能化變電站”是是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。

4 DHW-6000煤礦智能化變電站介紹以及如何治理越級跳閘

此系統(tǒng)適用于6kV～110kV各種電壓等級煤礦地面及井下變電站，由地面系統(tǒng)與井下礦用供電監(jiān)控系統(tǒng)共同組成。井下KJ297礦用供電監(jiān)控系統(tǒng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 3836 -2000《爆炸性氣體環(huán)境用電器設(shè)備》要求生產(chǎn)，經(jīng)過國家授權(quán)的質(zhì)檢機構(gòu)進(jìn)行防爆檢驗合格，并取得安全標(biāo)志使用證（MFC110114）。

該系統(tǒng)基于IEC61850架構(gòu)，遵循國網(wǎng)公司Q/GDW 383-2009 智能變電站技術(shù)導(dǎo)則及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，能實現(xiàn)變電站內(nèi)智能電子裝置IED間信息互享和互操作。采用分層采集、集中控制的架構(gòu)體系，對變電站系統(tǒng)模型、二次功能模型進(jìn)行描述，對應(yīng)用與通信技術(shù)進(jìn)行分層處理，將模擬量、開關(guān)量的信息采集和信息的計算、邏輯判斷分層實現(xiàn)。各智能電氣設(shè)備的模擬量、開關(guān)量信息就地采集，數(shù)字化處理后通過光纖網(wǎng)絡(luò)送往保護測控裝置（圖3-1 DHW6000煤礦智能化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）；保護測控裝置安裝于主控室，綜合全站信息實現(xiàn)保護、測控、自動裝置功能，各功能相對獨立、分時運行，即保證了保護功能的選擇性、快速性、安全性、可靠性，又保證了測量、計量功能的高精度要求。采用集中式保護，則可實現(xiàn)保護主機內(nèi)全站數(shù)據(jù)共享，此時采用差動保護原理、母線差動保護原理、全站零序電壓、電流和消弧線圈數(shù)據(jù)的綜合處理則可徹底解決短路越級跳閘與漏電無選擇性跳閘問題，提高煤礦供電安全。

圖3-1 DHW6000煤礦智能化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 總結(jié)

本文詳細(xì)分析了煤礦越級跳閘的原因、發(fā)展以及如何治理煤礦上的越級跳閘。從而對越級跳閘有了更深層次的了解，煤礦越級跳閘對煤礦的危害大，針對目前煤礦電網(wǎng)存在的越級跳閘問題，提供了基于智能變電站區(qū)域集成保護的光纖電流差動保護方案和故障定位識別的閉鎖保護方案。

參考文獻(xiàn)

[1]昌干礦上供電學(xué)（M）煤炭工業(yè)出版，2006

[2]軼選擇性漏電保護（M）煤炭工業(yè)出版。

作者簡介

李堅（1966-），男，漢族，安徽省壽縣，大學(xué)本科，高級工程師，淮北礦業(yè)集團機電處，礦井供電及采掘機械化