防越級(jí)跳閘技術(shù)在礦井供電系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

朱德江　張鵬　譚昆云??

摘要：越級(jí)跳閘是我們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)中經(jīng)常遇到的礦井供電系統(tǒng)故障，礦井供電系統(tǒng)一旦發(fā)生越級(jí)跳閘，易引發(fā)大面積停電，造成設(shè)備停運(yùn)，瓦斯積聚等一系列安全隱患。對(duì)此，為有效預(yù)防礦井供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘故障，本文在闡述了越級(jí)跳閘主要?jiǎng)幼鳈C(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了一些行之有效的防越級(jí)跳閘技術(shù)，并在礦井中得到了充分利用，有效解決了礦井供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問題，更好的保障的礦井安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：礦井；供電系統(tǒng)；越級(jí)跳閘；預(yù)防

確保安全是進(jìn)行一切生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)，對(duì)于煤礦開采這種高危行業(yè)來說更是如此，而礦井生產(chǎn)離不開電能，因此，確保礦井供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行可以說是確保礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。在礦井供電系統(tǒng)中我們通常會(huì)采用6kV或10kV的電壓等級(jí)，單側(cè)電源34級(jí)干線式供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電。

供電線路短是礦井供電的一重大特點(diǎn)，這樣供電線路兩端實(shí)際電流值通常差別不大，基于此當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，因整條線路實(shí)際電流值大致相同，依據(jù)電流值大小來探尋故障點(diǎn)的具體位置便很難。對(duì)此只能通過設(shè)定上級(jí)開關(guān)與下級(jí)開關(guān)的具體動(dòng)作延時(shí)時(shí)間來把故障線路的供電及時(shí)切斷，而礦井又無法借助設(shè)定時(shí)限級(jí)差來讓開關(guān)實(shí)現(xiàn)順序跳閘，這樣當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，便時(shí)常發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，這種現(xiàn)象時(shí)常會(huì)造成礦井大面積停電，以致礦井很多安全設(shè)備無法正常運(yùn)行，如通風(fēng)機(jī)，瓦斯檢測(cè)監(jiān)控設(shè)備等，易造成礦井瓦斯失控，給礦井生產(chǎn)埋下重大安全隱患，因此我們必須重視研究礦井供電防越級(jí)跳閘技術(shù)。

1 越級(jí)跳閘機(jī)理

在日常生產(chǎn)中，我們所說的礦井供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘主要指，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障后，負(fù)責(zé)該級(jí)供電線路的開關(guān)未及時(shí)跳閘斷電，而其上一級(jí)開關(guān)發(fā)生了跳閘動(dòng)作。發(fā)生越級(jí)跳閘的機(jī)理主要為：

（1）供電線路較短。礦井所用供電線路一般較短，通常在1km與3km之間，整條線路電流值不會(huì)存在太大偏差，若用電流值大小來判斷線路具體故障位置通常不可行，只能選用逐級(jí)延時(shí)跳閘的方式來科學(xué)、合理的整定開關(guān)，這樣在遇到等級(jí)過多的供電線路時(shí)，易造成上級(jí)的設(shè)定時(shí)間到達(dá)上限時(shí)長(zhǎng)會(huì)幾乎一致于下級(jí)的設(shè)定時(shí)間，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，易引發(fā)越級(jí)跳閘故障。

（2）開關(guān)控制電源缺少專用電源。礦井中防爆開關(guān)中布設(shè)的保護(hù)裝置所用的電源大多來自供電線路，當(dāng)遇到供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，會(huì)使得線路電流迅速增大，電壓出現(xiàn)下降，而因保護(hù)裝置的電源來自線路，因此保護(hù)裝置所用電源本身就存在問題，可能會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，發(fā)生越級(jí)跳閘故障。

（3）失壓保護(hù)造成。人們通常會(huì)應(yīng)用失壓脫扣器來進(jìn)行防爆開關(guān)失壓保護(hù)，但失壓脫扣器的動(dòng)作狀態(tài)與電壓存在一定關(guān)系，在供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障后，會(huì)導(dǎo)致供電電壓降低，使失壓脫扣器發(fā)生動(dòng)作，引發(fā)各級(jí)開關(guān)發(fā)生無序跳閘現(xiàn)象。

（4）運(yùn)行方式存在較大差異引起的。當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方式存在較大差異的情況下，系統(tǒng)會(huì)存在很大的電流差值。當(dāng)運(yùn)行方式為最大運(yùn)行方式時(shí)，會(huì)有較大的電流值，而當(dāng)實(shí)際運(yùn)行方式為最小運(yùn)行方式時(shí)，而系統(tǒng)電流值又會(huì)較小，這樣易引發(fā)越級(jí)跳閘。

2 煤礦防越級(jí)跳閘技術(shù)

在實(shí)際生產(chǎn)中，我們常見的礦井供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)主要有三種：采用最新的網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)、給防爆開關(guān)加裝獨(dú)立電源以及以GOOSE閉鎖為基礎(chǔ)的短路保護(hù)。若選用網(wǎng)絡(luò)智能繼電保護(hù)技術(shù)可對(duì)礦井供電系統(tǒng)進(jìn)行有效的全線防越級(jí)保護(hù)，該種保護(hù)易設(shè)置，且具有較高的可靠性，靈敏性也相對(duì)較好，但實(shí)際改造作業(yè)投資過大，成本較高。另外給防爆開關(guān)裝設(shè)專用后備電源，這樣可很好的解決由于線路發(fā)生故障，引發(fā)的保護(hù)裝置供電電源波動(dòng)帶來的越級(jí)跳閘問題，但若想增設(shè)獨(dú)立電源必須得進(jìn)行獨(dú)立布線，這樣一方面操作起來較繁瑣，另一方面會(huì)顯著增大防越級(jí)跳閘成本，具有一定局限性。對(duì)此，本文主要研究了如何采用以GOOSE閉鎖為基礎(chǔ)的短路保護(hù)進(jìn)行防越級(jí)跳閘。

基于GOOSE閉鎖的保護(hù)技術(shù)屬于一種可進(jìn)行選擇性的保護(hù)技術(shù)，其主要是以礦井當(dāng)前的以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，借助以太網(wǎng)把開關(guān)動(dòng)作信號(hào)通過GOOSE技術(shù)向開關(guān)設(shè)備進(jìn)行傳輸，以達(dá)到選擇性跳閘的目的。該項(xiàng)技術(shù)不僅相對(duì)較好實(shí)現(xiàn)，而且可靠性相關(guān)較高，實(shí)際經(jīng)濟(jì)性也相對(duì)較好。

當(dāng)前很多礦井都鋪設(shè)了光纖主干網(wǎng)，供電系統(tǒng)中的很多保護(hù)大多以各種形式都接入了監(jiān)控系統(tǒng)。基于GOOSE閉鎖的短路保護(hù)系統(tǒng)，可通過在當(dāng)前的保護(hù)上加設(shè)必要的以太網(wǎng)接口，并對(duì)GOOSE的有效閉鎖時(shí)間進(jìn)行整定，以讓GOOSE的各種動(dòng)作信號(hào)都在通訊接口上完成，統(tǒng)一管理整個(gè)供電系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，進(jìn)行選擇的保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)最終有效防止礦井供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的目的。

當(dāng)?shù)V井供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其實(shí)際等效電路如下圖所示，當(dāng)圖中的k4出現(xiàn)故障時(shí)，故障電流在各點(diǎn)都可檢測(cè)到，當(dāng)電流處于動(dòng)作范圍后，所裝設(shè)的保護(hù)盒會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的分析處理會(huì)自動(dòng)發(fā)送GOOSE閉鎖報(bào)告，在把GOOSE初始化有效完成后，保護(hù)盒1、保護(hù)盒2以及保護(hù)盒3會(huì)在閉鎖間進(jìn)行定值，不會(huì)發(fā)生任何動(dòng)作，而是4開始動(dòng)作，以及時(shí)切除相應(yīng)的故障線路，當(dāng)在切除后，若故障電流值還在動(dòng)作條件范圍內(nèi)，則會(huì)依據(jù)上述順序，由3點(diǎn)把具體故障線路切除，而保護(hù)盒1與保護(hù)盒2不發(fā)生動(dòng)作，這樣可達(dá)到最小面積停電，以最快的速度把相關(guān)故障線切除，進(jìn)而確保整個(gè)礦井供電系統(tǒng)的順利有序運(yùn)行。

3 結(jié)語

總之，基于GOOSE閉鎖的保護(hù)，具有較強(qiáng)的保護(hù)能力，且可進(jìn)行選擇性保護(hù)，在礦井供電系統(tǒng)中科學(xué)、合理的應(yīng)用該項(xiàng)保護(hù)技術(shù)，可有效防止礦井供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問題，更好的保障煤礦供電系統(tǒng)的連續(xù)可靠，安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張學(xué)成.工礦企業(yè)供電[M].北京：煤炭出版社，2005：7374.

作者簡(jiǎn)介：朱德江（1982），男，漢族，河南平頂山人，助理工程師。