煤礦井下高壓供電系統越級跳閘的預防

李 麗

0 引言

煤礦井下某處高壓發生短路故障時，往往地面的35 kV 變電站10 kV（或6 kV）母線側的高壓開關柜或其井下上級高爆開關動作，而控制發生故障線路的高爆開關不提前動作，導致井下大面積停電。這種煤礦井下高壓越級跳閘的現象時有發生，給煤礦的安全生產帶來很大的隱患。

煤礦井下高壓越級跳閘影響范圍大，延長了故障排除和供電恢復時間。事故發生以后，因為不能在短時間內確定故障點而恢復供電，有可能引起瓦斯超限或影響井下排水系統的正常運轉，從而可能導致井下更嚴重事故的發生，直至威脅到井下工作人員的生命安全，給煤礦的安全生產帶來較大的危害。為此，必須對此進行分析研究，提出合理的解決辦法。

1 煤礦井下高壓電網越級跳閘原因分析

1.1 供電級數多、半徑小，電流整定配合困難

煤礦井下高壓供電網絡多采用縱向逐級控制干線式供電網絡，每段電纜長度較短（一般在60 m～1 500 m），這就造成了各段線路的首、末兩端間的短路電流幅值相差不大，甚至出現電纜首端最小兩相短路電流的幅值小于電纜末端的最大三相短路電流的幅值，這就使速斷保護的保護范圍很小甚至為零，從而使得靠鑒別電流幅值的短路保護方式難以滿足其縱向選擇性的要求[1]。

有的供電線路雖然較長，但是由于末端負荷大、電纜截面大，發生短路時上下級的電流值相差也不大，很難實現上下級高爆開關的速斷配合。由于下級的短路造成上下級之間在整定值上雖有級差卻很難起到級差作用，電流很大甚至達到上級高爆開關的短路保護整定值，從而發生下級短路時上下級開關搶跳甚至越級跳閘的現象。

1.2 高爆開關機構配置不合理

隨著煤礦開采的不斷深入以及技術的不斷發展，井下所用的高爆開關的數量和型號也在不斷增加，這就對用戶提出了更高的要求。

1.3 電磁式的電流互感器的誤差

由于鐵芯磁特性的非線性，在鐵芯磁特性的線性段，一次電流與二次電流近似為線性關系，當一次電流進入鐵芯非線性段，由于鐵芯磁場強度飽和，勵磁電流劇增，造成二次電流有很大的誤差。實際測試時發現，由于電流互感器容量小，超過10%誤差曲線范圍，一次電流達到整定值，反映到二次達不到整定值，造成保護拒動和誤動。一般開關：整定值的誤差≤±10%。

1.4 煤礦井下所使用的高爆開關固有動作時間問題

由于煤礦井下環境的特殊性等，容易造成高爆開關的動作機構卡澀、不靈活，從而使開關的固有動作時間差異性大，以至于上級高壓開關動作快于下級的開關，造成井下發生越級跳閘的現象。

1.5 電流保護時間級差無法配合

由于井下饋線供電線路級數很多，按照通常0.5 s 的時間級差無法實現井下饋線供電線路級數多的過電流保護時限配合。煤礦35 kV 進線系統一般要求其10 kV（或6 kV）系統過電流配合時限為1.5 s，按照0.5 s 配合只能配合3 級供電線路；對于超過3級以上供電線路出現過電流保護時限不配合的情況，不能靠增加時間級差實現各級線路短路保護的整定配合，也可能造成煤礦井下越級跳閘現象[2]。

1.6 煤礦井下高壓供電系統高壓防爆開關的操作電源回路不獨立

某回路高壓線路發生短路故障時，有可能導致上級變電所母線壓降劇增，從而可能導致部分開關交流操作電源回路的欠電壓釋放繼電器動作，非故障回路的斷路器可能瞬時動作，造成電流保護失效，線路保護無選擇性瞬時動作，擴大了停電事故的范圍[3]。

1.7 其他

系統諧波隨整流及自動化設備的增多，其危害也突顯出來；長時間運行使得操作機械磨損，也可能是造成高壓越級跳閘的原因。

2 煤礦井下電網越級跳閘的預防措施

2.1 加強技術管理

嚴格按照周期對電氣設備保護參數進行理論計算和校驗，線路負荷變化后及時調整電流整定值，確保保護裝置的動作靈敏可靠。優化煤礦地面與井下的整定配合方案，地面可適當放大速斷保護定值，同時盡量縮短過流保護時限定值，使入井回路電纜與采區保護實現分段保護；在滿足設備運行的前提下，井下盡量縮小速斷保護定值，并且保證保護配合。

2.2 加強日常電氣管理

不斷優化供電系統，減少不合理供電。加強電纜管理，提高電纜吊掛和電纜接頭合格率，減少電纜事故。加強對電氣設備的日常定檢工作，及時發現電氣隱患，保證設備的完好率。系統阻抗變化時要及時整定，如對電流互感器進行試驗鑒定，更換不合格的電流互感器。由于高爆開關固有動作時間不等，必須加強開關檢修管理，防止機構卡澀等現象的發生。

2.3 選用新型高性能的高爆開關或優化電流保護動作機構線路

選擇永磁式操作機械類型高爆開關，或改變原BGP 型開關電流保護動作時間，將通常綜合保護的采樣、處理、輸出等冗余環節作為后備保護，增加DL 型電流繼電器作為短路主保護，提高動作的可靠性。

2.4 新技術應用

2.4.1 縱向差動短路保護

通過比較主線路和分支線路電流幅值的大小來判斷故障點是否在保護區內，從而保證動作的縱向選擇性，實現短路保護的選擇性。

2.4.2 光纖數字通信網絡技術

光纖數字通訊網絡技術是將光纖通信、數字通信和網絡技術融合在一起，數字信號失真不沿線積累，傳輸距離遠，抗干擾能力強。

2.4.3 礦用智能保護器

采用點對點光纖通信網絡的光纖縱差保護取代速斷過流保護為主的保護。就是將礦用智能保護器安裝于井下采區變電所以及工作面配電點處的高爆開關內，就地采集模擬量，輸入量信息數字化后通過點對點光纖網絡上傳至位于中央變電所的礦用隔爆型光傳輸接口，同時接收地面集成保護測控主機下發的跳、合閘控制命令并執行。

礦用隔爆型光傳輸接口主要功能是將多芯光纖集成四芯光纖上傳同步采樣信息給地面集成保護測控主機；接收集成保護測控主機下發的控制命令并轉發至相應的礦用智能保護器。

3 結語

越級跳閘是影響煤礦安全供電的一個重要因素，一旦發生此類事故，危害大、影響范圍廣，其中既有人為的原因，也有技術方面的問題。通過對井下越級跳閘原因的分析，并提出預防措施，對煤礦安全生產具有十分重要的意義。

[1]高友權.配電系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2005：73-105.

[2]韓天行.微機型繼電保護及自動化裝置檢驗調試手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2008：30-35.

[3] 吳文瑕，陳柏峰，高燕. 井下電網越級跳閘現象的研究及解決建議[J] . 工礦自動化，2008，6 （12）：136-138.