煤礦井下供電防越級跳閘的應用及推廣

【摘 要】煤礦井下供電越級跳閘現象時有發生，容易造成大面積停電，對煤礦的安全生產有極大的危害作用。本文針對目前供電系統運行中，出現的越級跳閘現象，分析了越級跳閘原因和常規的幾種防越級跳閘技術，提出了基于GOOSE閉鎖短路保護技術，僅供參考。

【關鍵詞】煤礦井下供電系統；防越級跳閘；應用；推廣

0.前言

供電系統是煤礦安全生產的基礎環節，隨著煤礦開采的面積越來越大，供電系統向下延伸也越長越廣，造成越級跳閘現象的原因就越多，越級跳閘會造成煤礦供電系統中大面積停電現象，破壞了供電系統安全穩定運行，對煤礦開采生產和礦工安全造成巨大的危害。目前，煤礦井下供電防越級跳閘技術有很多，但隨著科技的發展，新技術的研究和推廣必將取代傳統技術。

1.煤礦井下供電越級跳閘原因分析

1.1傳統高壓防爆開關柜工作電源回路不獨立，易造成越級跳閘

通常井下高壓防爆開關的操作電源分為交流電壓操作回路和交流電流操作回路，由于配電網絡中發生多相短路故障時電壓會大幅度降低，短時間形成巨大的電流值，由于電流回路的電流值過大，供電保護自動裝置的感受元件和執行元件超過負荷，造成供電越級跳閘。

1.2線路故障時，易出現越級跳閘

煤礦井下供電系統復雜，線路短，存在三端線路多，線路的保護電流定值難以整定，在煤礦井下作業時，機械開采、照明系統、通風系統、排水系統、運輸系統等等都是用電來完成的，造成用電范圍廣、用電量大現象。為了保證巨大的用電供應，一些礦區形成煤礦井下多級采區變電站級聯的情況，這種現象不能通過增加時間級差實現各級線路保護的整定配合，一旦線路出行故障極易出現越級跳閘，導致大面積停電。

1.3電流保護時間級差無法配合，導致越級跳閘

由于井下饋線供電線路級數較多，受到供電管理部門要求，電流保護不能超過時限要求，按照通常的時間級差無法實現井下電流保護時限配合，出現過電流保護時限不配合，形成越級跳閘。

1.4電流互感器影響，出現越級跳閘

井下電流互感器的保護級準確度低，而每個電流互感器磁化曲線不同，斷路器綜合保護是電磁式保護裝置，所以保護的整定值與動作值有一定的誤差，在短線路中上下以及動作不一致的情況，這樣，電流互感器出現誤差，當誤差值達到一定程度會出現越級誤動作，出現越級跳閘現象。

2.煤礦井下供電系統防越級跳閘常見的幾種技術

在煤礦井下開采中越級跳閘在生產中比較常見，并且普遍存在故障問題，對于煤礦安全生產影響很大，在煤礦井下越級跳閘故障的預防和控制時，常用以下幾種方法預防和控制，但是幾種方法都存在一定的弊端和缺陷，

2.1井下電氣閉鎖防越級跳閘技術

電氣閉鎖越級跳閘方式工作原理相對簡單，進行越級跳閘控制預防的目的也比較明確，但是，在井下使用電氣閉鎖防越級跳閘，卻往往難以達到預期的效果和目的，主要是井下開采過程中，需要供電環境比較復雜，供電運行中容易受到各種較強的因素干擾而發生誤跳以及發生拒動情況，影響了電氣閉鎖在煤礦電氣系統越級跳閘的預防和控制效果；另外，在實際供電系統的變電所中，供電線路設計一般都是采用雙回路供電，這樣能夠實現倒換兩條進線以并列的方式供電運行，因此就需要供電線路中多條出線和提條進線之間的閉鎖關系根據實際用電情況進行調整，這樣就造成邏輯閉鎖實際設計更為復雜化，使用電纜線路連接數量也更加多，這樣，不但造成施工困難，還難以完成實現供電系統越級跳閘控制；再者，電氣閉鎖方式進行井下供電系統越級跳閘故障預防時，由于電氣閉鎖本身的自檢信息不完善特點，容易導致此系統出現故障，一旦出現故障時，無法及時發現與報警，檢修也比較困難，基于這間缺點，很少使用電氣閉鎖防越級跳閘技術。

2.2光纖縱差及縱聯防越級跳閘技術

使用光纖縱差防越級跳閘是利用光纖通信將輸電線路的電流值以及相關信息通過專用的光纖網絡傳達到對端，用來判斷本線路范圍內是否發生短路故障，一旦發生短路進行自動跳閘，能及時避免短路引起的安全事故，也叫光纖縱差及縱聯保護。光纖縱差和縱聯保護的優點是能可靠實現保護的選擇性和快速性，缺點是光纖縱差保護需要實現線路兩側的電流信息同步處理，增加了光纖保護裝置實現的技術難度，這種技術的實現和使用，需要大量的專用通信光纜，導致供電系統線路網絡設計復雜、增加供電網絡成本，另外，在井下惡劣的工作環境下，光纖和電纜都容易受到損傷和污染，導致光纖縱差保護丟失通信信道，失去防越級跳閘的保護。

2.3基于數字化變電站的集中式保護技術

數字化變電站技術是將信息的采集、處理、輸送過程轉換為數字信息，并建立與之相適應的通信網絡和控制系統。實現數字化變電站集中式保護技術必須基于所有井下保護控制單元設備具有光纖數字通訊接口，利用光纖網絡將井下各測量控制點的信息傳輸到集中式保護控制器，在控制器中實現故障位置識別和跳閘出口控制，此技術，能有效識別和及時執行跳閘命令，避免越級跳閘問題。這種技術雖然用于煤礦井下供電系統是可行的，但是，需要實現多個測量控制點同步技術是難點，而且過于依賴通訊系統，如果通訊網絡出現故障就失去保護措施，風險也過于集中。

3.煤礦井下供電防越級跳閘新技術的應用及推廣

3.1基于GOOSE閉鎖短路保護技術

越級跳閘的原因一般是因為上下級開關短路無時間差和由于短路故障造成控制器電流過大，基于這兩種原因，GOOSE閉鎖短路保護技術的發明基于目前煤礦井下供電控制系統前提下，進行改進的最新防越級跳閘技術。這種技術是利用目前井下比較完善的監控條件，將智能變電站用于實時跳閘信號、間隔邏輯閉鎖等信號的快速傳遞GOOSE閉鎖信號，實現在煤礦井下供電系統故障的選擇性跳閘，有效地避免大面積跳閘停電。

3.2基于GOOSE閉鎖的防越級跳閘基本原理

目前，大型煤礦井下都鋪設了光纖主干網，用于監控系統，基于GOOSE閉鎖的短路保護控制器系統是利用現有的光纖實現保護功能，以太網通訊接口和GOOSE閉鎖有效時間定值，完成GOOSE閉鎖信號的處理和系統功能。比如：移動變電站范圍內出現短路故障，移動變電站、采區變電站、井下中央變電站和地面變電站同時受到故障信號，通過GOOSE閉鎖技術，在有效時間內移動變電站的保護控制器跳閘關閉，而其他三個變電站收到移動變電站閉鎖信息，如果在有效閉鎖的間定值內后仍然滿足這三個變電站保護控制器的動作條件，實現保護的選擇性，同樣，其他線路發生短路故障動作原理相同。

3.3基于GOOSE閉鎖的防越級跳閘推廣

基于GOOSE閉鎖短路保護控制器是最新的防越級跳閘控制技術，是采用ARM芯片STM32系列控制器，并通過了實驗驗證，應在全國各大礦區進行推廣，通過以點帶動面，將具有監控系統的煤礦事先實現基于GOOSE閉鎖系統工程，并宣傳期具有抗干擾能力強、可靠性高、低成本、易改進，便于實現等優點，使用基于GOOSE閉鎖控制器能解決煤礦井下供電防越級跳閘諸多問題。

4.結語

總之，基于GOOSE閉鎖短路保護技術是一種相對成熟的防越級跳閘技術，在實際防越級跳閘保護中，起到重要的作用，但自身也存在一些缺點，相信，隨著科技的不斷發展，能逐漸實現完整的基于GOOSE閉鎖短路保護系統，提高供電安全。

【參考文獻】

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