井下高壓供電系統越級跳閘的危害、原因和解決方案

周小明

摘 要：本文闡述了煤礦高壓供電系統跳閘對供電系統和煤礦安全造成的危害，指出了越級跳閘的原因和解決方案。

關鍵詞：越級跳閘；智能配網；解決方案；光纖縱差保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.153

1 煤礦井下越級跳閘造成的危害

越級跳閘是指當電力系統線路發生短路、漏電等故障時，需有該級預設保護的斷路器進行跳閘保護來切除故障，但因該級斷路器故障而未跳閘，由上級或者下級斷路器跳閘進行越級跳閘。煤礦是一個高危險行業，電力除了用于生產，還是安全設施設備正常工作的必要條件。越級跳閘給煤礦井下供電帶來極大的安全隱患，越級跳閘可能導致煤礦井下大面積停電，造成煤礦主要通風機停止運轉，會使煤礦井瓦斯濃度升高，瓦斯濃度升高會引起爆炸、燃燒，造成重大傷亡事故。主要通風機停止運轉還會使煤礦井下空氣含氧量下降，使井下人員窒息死亡。還可能造成煤礦主排水泵停止運轉，使煤礦井下巷道和作業場所被水淹沒，使煤礦報廢或造成重大經濟損失。因此解決煤礦井下越級跳閘對于保障井下安全具有重大的安全意義和經濟效益。

2 煤礦高壓變電所越級跳閘的原因分析

2.1 高壓供電線路故障

供電系統短路是造成越級跳閘的直接原因，線路越長，起始端和線路末端的短路電流差就越大，電流的變化趨勢越陡，保護范圍越大。但是，煤礦井下供電往往是供電線路短，分級多，當線路越短時，短路電流的變化平緩，速斷保護整定值往往不能提供可靠的短路保護，更容易導致越級跳閘。煤礦供電采用中性點不接地系統，發生單相接地故障時，會導致瞬間電弧放電產生弧光過電壓，勵磁電流急劇增大，造成電壓互感器燒損保護元件而導致越級跳閘。

2.2 繼電器故障引起的越級跳閘

繼電器機構聯動錯誤或拒動，會造成越級跳閘。同樣整定值錯誤或者定值的漂移、分和閘線圈的損壞、接線方式的錯誤、機械部位的變形、轉動部位的移位等原因都會導致越級跳閘情況的發生。

3 煤礦高壓變電所越級跳閘的解決方案

（1）在井下供電系統中，光纖縱差保護為保護地面風井變電所至中央變電所或中央變電所至采區變電所的重要負荷電纜線路，安裝保護電纜線路兩端的開關上。保護裝置的工作原理將兩端的采樣值進行對比，以確定所發生的故障是在線路內側還是外側，從而保護線路的全長。差動保護：在線路兩側裝設同型號、同變比、性能完全一樣的電流互感器，電流互感器的二次回路接入相應的微機保護的采樣端子上，對端過來的光纖直接接到裝置上對應的光口上，注意跳纖的收發。兩側的微機保護裝置一致，電流互感器一樣和接線方式一樣，因此兩端的電流差為0，也就是不存在差流。當內部出現故障時，兩側的電流存在差值，當差值達到定值時，且超過整定時間，裝置動作，跳開兩側開關。對于區外故障來說，雖然故障發生，但是流入裝置的電流方向沒有變化，跟之前的電流方向一致，因此，兩端的差流值沒有變化，理論上為0.此時裝置不動作。

（2）在煤礦供電系統中，我們利用下級變電站保護信號經礦井高速以太網快速閉鎖本線路保護的速斷保護功能，實現了快速可靠的特點。智能配網的解決方法是采用光纖網絡縱聯電流差動保護的原理來實現防越級跳閘。縱聯電流差動保護原理是建立在基爾霍夫電流定律的基礎之上。智能配網的解決方法利用光纖通信將輸電線路的各端的點流量及相位信息通過光纖網絡的方式連結起來，并且進行相關比較，從而判斷是本輸電線路是內部故障還是外部故障，從而決定是否動作切除本線路。礦井地面變電站出線速斷保護一般采用無延時設計，由于線路主要采用電纜方式且距離并不長，所以會和下級變電站出線或移動變電站的電流保護的動作區重合，從而失去選擇性。智能配網可以利用下級變電站保護動作或饋出線保護動作信號快速閉鎖本線路保護的速斷保護功能，從而實現選擇性。智能配網方案屬于可靠性較高的方案。

（3）加強對繼電保護的維護和檢修，保證機構聯動可靠，整定合理，定期對電磁機構進行檢修和維護保養。對機械部位和連接部位螺絲檢查，定期對跳閘線圈做動作耐壓試驗，確保能可靠跳閘，保證整個電氣回路的可靠性。檢查斷路器分、合閘線圈，線圈完好無損。通過對繼電器機構聯動部位檢查，確保機構運行可靠，接線良好，接點接觸牢固可靠。定期對保護裝置和二次回路做試驗，保證繼電器處于良好工作狀態時方可運行。做好機構性能檢測工作，避免人為誤操作和檢修不當造成機構損壞或定制設置不合理等現象。

4 總結

煤礦供電系統越級跳閘問題一直困擾著煤礦的安全供電，越級跳閘給煤礦供電安全帶來極大的安全隱患，伴隨著技術的進步和發展，智能配網方案能夠很好的解決礦井高壓供電系統越級跳閘的問題，保證了煤礦供電系統安全可靠運行。

參考文獻：

[1]王梅義.電網繼電保護應用[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2]曹玉林.一起變壓器后備保護越級動作分析[J].科技創新論壇，2011.

[3]王維儉.發電機變壓器繼電保護整定計算例[M].北京：中國電力出版社，2000.

[4]肖立強.煤礦井下高壓電網越級跳閘的原因及預防措施[J].煤礦現代化，2010（03）.

[5]張文超.煤礦供電防越級跳閘保護系統的應用研究[D].阜新：遼寧工程技術大學，2011.