煤礦供電越級跳閘問題解決方案研究

徐開文

摘 要：煤礦井下供電系統的越級跳閘是煤礦發生安全事故的一個重要因素，它影響著煤礦供電的各項生產活動。本文簡單分析了煤礦供電系統的跳閘問題，并通過對各種原因的判斷，提出了相關的越級跳閘問題解決方案，以供參考。

關鍵詞：煤礦；供電；越級跳閘；問題；方案

引言

在煤礦開采生產的過程中，供電安全是十分重要的，由于煤礦供電網絡結構特殊，參數整定較難，同時煤礦作業環境很差，極易造成電纜絕緣破壞，從而導致相間短路和漏電事故的發生。當短路故障發生時，下級和上級之間的短路電流差別很小，導致上級保護裝置誤動作，造成越級跳閘問題。煤礦井下供電越級跳閘會影響到采區的生產，造成煤礦井下的大面積停電并引起瓦斯聚集的情況，最終致使整個生產系統癱瘓，對井下工人的生命安全造成嚴重威脅，因此，要進行煤礦井下高壓供電系統越級跳閘的預防，為煤礦井下的工作人員創造安全的工作環境。

1煤礦供電越級跳閘問題分析

1.1供電結構復雜

煤礦供電系統多采用分級供電方式，線路中電纜長度均比較短，電纜阻抗值較小（一般為0.06～0.08Ω /km ）。線路首尾兩端電流幅值差異非常小，甚至在有些電纜中，末端最大電流幅值要明顯大于首端短路電流幅值，導致速斷保護范圍變小。線路的末端由于負荷比較大，電纜截面較大，在短路發生以后，上級電流值與下級電流值差異不大，速斷配合也難以實現，并且雖然整體存在級差，但級差作用也很難發揮出來，因此，一旦下級出現短路，就極有可能出現越級跳閘的情況。

1.2短路保護不及時

隨著煤炭產量的增加和負荷的不斷提高，煤礦井下所選的開關在選型上很難做到與地面變電所的供電設備合理搭配。同時，由于井下環境潮濕，很容易造成高壓開關卡澀不靈活，以致于增加開關動作時間，造成當短路發生故障時，地面的高壓開關柜動作快于井下高壓防爆開關，因此造成了井下越級跳閘現象。此外，短路保護要求動作時間要迅速，即在0.2s以內對直接供電的最上一級的開關做出短路保護動作，但現有的設備和理論上都很難實現保護器在時間上的配合。

1.3繼電保護不全面

當前工業領域采用的供電保護方式主要為縱差保護方式，其主要適用于遠距離的電能輸送，但是在井下供電中需要格外注意對系統總壓降的保護。此外，出現短路狀況后，相應的分支開關跳閘，而總開關不發生跳閘，這樣就會導致沒有發生故障的線路發生停電，說明縱差保護對井下供電這種短距離多分支的線路并不能發揮保護作用，更不能避免線路發生越級跳閘狀況。

1.4設備管理不到位

煤礦井下用電設備比較集中，隨著大功率設備不斷增多，在沒有相應保護措施的情況下，同時啟動可能會造成瞬時的電壓波動，如果電壓在瞬間波動超過安全的范圍，由于開關內的電壓保護是瞬時的，必然會啟動保護開關，直接引起大面積的越級跳閘。此外，煤礦用電高峰時，井下一些大功率、沖擊性和非線性負荷的投入使用，不僅導致了電網功率因數降低、無功功率的快速變化、電壓和電流波形畸變和大量諧波產生，電網中浪涌和諧波的干擾會直接影響礦井保護設備的工作狀態，導致誤動和精度下降等問題。

2煤礦供電越級跳閘問題解決方案

2.1優化供電結構

為減少越級跳閘問題，可通過減少供電級數對煤礦供電結構進行調整，并且對機電設備加強檢測維護管理，減少影響線路運行的不利因素。如，對于高爆開關固有動作時間問題，應對該開關設備加強維修管理，防止電容衰減及開關卡澀等問題的發生；應對電流互感器進行科學的鑒定，在鑒定過程中發現不合格產品要及時更換，對接地及屏蔽管理也要加強，降低負荷受系統波動的影響。此外，對井下關鍵線路的越級跳閘應該重點進行預防，如中央變電所、采區變電所及地面6/10kV變電所之間的越級跳閘，要對該線路結構進行優化改善。通過改善供電結構、加強設備維護管理等措施，可極大地減小越級跳閘問題發生的概率。

2.2科學設計速斷保護

在煤礦供電系統中，發生短路電流較大的情況時，上下級必須要同時投入無時限的速斷保護，但是在上級線路進行速斷保護中可能出現啟動跳閘的情況，因此就很可能不能起到防止高壓供電系統越級跳閘的作用。新型速斷保護的方案是基于單片機和串行通信進行設計的，它在電網發生短路故障后的0.2s內就能夠有選擇性地快速斷電。這種在0.2s內就能夠有選擇性地快速斷電的新型速斷保護方案能夠起到避免井下高壓供電系統越級跳閘的作用，因此也就能起到避免大范圍停電的作用，對煤礦井下的安全生產工作起到一定的保證。

2.3調整繼電保護系統

在進行高爆開關的選擇時，選擇新型的性能高的高爆開關，比如永磁式操作機械類型的高爆開關，或者對原BGP型開關電流的保護動作時間進行更改，先前對短路的綜合保護中有很多冗余的環節，因此要對其進行改變，采用微機綜合保護代替傳統繼電保護，采用“面保護”和保護裝置縱向關聯相結合的防越級跳閘方法。 將從前通常作為綜合保護的冗余環節變為后備保護部分，以此來提高微保護動作的準確性和可靠性。此外，對于重要負荷盡量采用雙回路或進行獨立供電。例如風機一類，可采用獨立供電的方式；對于一些關系到煤礦井下安全的重要負荷，可以采用雙回路的供電方式進行供電設計。

2.5加強GOOSE通信技術應用

GOOSE是一種基于IEC61850標準定義的快速報文傳輸機制，GOOSE通信機制中報文的發送和接收分別由發布者和訂閱者來執行。正常工作時，發布者以定時間隔（心跳時間）T0發送，當檢測到跳閘信號時，立即發送跳閘和閉鎖指令，然后以定時間隔T1發送2次跳閘和閉鎖指令，以定時間隔T2、T3各發送一次跳閘和閉鎖指令，直至收發穩定后，再以定時間隔T0發送。供電系統設計節點發生故障后，啟動保護跳閘的同時按上述原理向上級網絡節點發送GOOSE報文信息，實現上級節點跳閘閉鎖功能，供電系統的越級跳閘原理如圖1所示。

2.6做好設備維護與保養

對礦井內所有機電設備進行日常維護與保養是防止越級跳閘問題出現的關鍵措施。對機電設備要做好保護工作，尤其是在采掘面爆破及放頂等工作的開展中，要對電纜、機電設備等進行防護，防止設備被落石砸壞，進而避免帶電體對地直接脫閘等問題的發生；同時也要加強對故障機電設備的維修工作，提高設備的絕緣性能。加大對井下機電設備的監督與管理，詳細制定管理措施，加強對設備使用及操作人員的培訓，使其能愛惜設備，提高設備運行中操作人員的責任心，避免誤操作引起跳閘。

結束語

總而言之，越級跳閘問題是煤礦供電系統中經常出現的問題，對煤礦的經濟效益及安全生產都帶來不良影響，為避免該問題的發生，相關煤礦企業要加強對防越級跳閘技術的研究和實踐，通過改變供電結構、加強設備管理，增強煤礦井下供電系統的安全性、可靠性。

參考文獻：

[1]丁靜波.煤礦供電越級跳閘問題解決方案研究[J].煤炭科學技術，2014，02：63-67.

[2]郭進亮.針對煤礦供電短路故障越級跳閘問題解決方案研究[J].科技創新與應用，2015，06：111-112.

[3]陳明輝.煤礦供電越級跳閘問題解決方案探討[J].科技風，2015，08：33+38.