電力監控及防越級跳閘系統在煤礦供電系統中的應用

李 卓

（山西大同大學 機電工程學院，山西 大同 037009）

0 引 言

煤礦井下的整體環境較為復雜，具有眾多的控制開關，而且供電設備和線路往往放置于防爆外殼中。電工和值班調度人員對電路相關實時參數和整體運行狀態的了解相對復雜，因此對電力系統中潤滑不良、機械卡阻、潮濕侵蝕、絕緣介質蠕變等狀況無法進行檢查，使得以上因素對電路系統造成了較大影響甚至破壞，最終導致無法有效保障電力系統的整體安全。機電部門在開展機電系統管理過程中，往往只能事后開展處理。如何針對供電系統開展重點設備的定期巡檢，對相關故障進行緊急處理，對電路系統開展定值整定和復核具有重要意義。

1 煤礦系統中存在的主要問題

1.1 供電系統中缺乏必要的監控系統

當前，在煤礦供電系統中，大部分煤礦都不會進行監控系統的控制，因此不能及時掌握供電系統的相關參數和運行狀態，使電力系統不能正常開展工作，影響供電系統的維護保養和維修工作，最終導致電力事故頻發。如果在供電系統產生故障或者事故后再進行應急處理和搶修工作，不僅會使整個處理更加復雜，而且需要投入更多的人力、物力和財力，還可能威脅生產和系統的整體安全性。

1.2 越級跳閘情況頻發

煤礦井下往往會選擇比實際需求量更大的電纜容量來適應符合增長的基本需求。上、下級變電所之間的整體距離有數百米甚至幾千米，因此在實際操作過程中很難實現兩段甚至三段的過流保護，從而無法保證線路在短路時不會出現越級跳閘的情況。當線路末端短路時，電流值會超過上級開關在短路電流上設置的數值，發生越級跳閘，有時甚至會產生多級越級跳閘。此外，地面上設置變電站也會產生越級跳閘的情況，最終產生大面積停電，也可能導致礦井里產生大面積停電[1]。

1.3 因瞬時施壓跳閘導致大面積停電

供電系統中很大一部分設備是外露的，一旦遇到雷電天氣，有可能導致母線產生瞬時失壓的狀況出現，從而導致在母線上連接的開關出現跳閘，使得電路停電。但是，失壓的情況持續時間較短，本身對于電路和電力設備造成的損失和整體影響相對有限。在井下如果因為瞬時失壓導致開關跳閘，有可能會使諸多電器停止工作。要想重新恢復需要逐個合閘，所需時間較長，且會給整個井下工作造成嚴重影響。此外，如果電器長時間不能工作，可能會導致瓦斯聚集，影響整個礦井的安全。

1.4 供電系統的整體容量和礦井容電量不匹配

礦井的開采需要逐步往前。在礦井開采過程中，供電網絡會隨著礦井的往前延伸而逐步延長。因此，整個電路所需要負載的電氣數量會進一步加大，整個電力系統中的總裝機容量也會不斷擴大。要想更好地適應整體負荷的增長，在進行礦井電力設備選擇時，選擇比實際需求更大的設備。例如，部分磁力啟動器和開關接負載電流為幾安、十幾安，而開關的額定電網往往能夠達到數百安，因此電流預測會產生不穩定情況，不能準確設定用電量，導致其不能達到應有的保護。由于電動機和變壓器的容量較大且整體復雜，功率因數相對較低，因此會導致整個系統的效率較低且損耗較大[2]。

1.5 開關智能保護裝置設定和漏電選線問題

當前，關于供電保護器的試驗研究投入不斷加大，促使供電保護器的整體發展日新月異。但是，國家關于智能供電保護器依然沒有制定相關的產品標準。當前，智能保護器依然沿用普通繼電器的基本標準。因此，煤礦必須要依據自身的基本狀況解決相關問題，供電系統的相關整定參數值也要依據國家的相關標準進行計算。

電網線路在結構上相對復雜，在開展零序電流計算過程中，可能會產生一定的誤差。當前，市場上的漏電保護器品類繁多，在進行零序電流確定前，整體操作的難度明顯較大，且在選線上可能會產生諸多不確定因素，從而可能導致錯誤動作甚至不動作的現象發生。

2 電力監控和防越級跳閘系統的整體應用

2.1 提升煤礦系統的安全性

通過應用電力監控和防越級跳閘，能夠將以往事故后的善后處理轉變為電力故障產生前將隱患消除，并且開展自動保護工作，最終達到提升整個電力系統安全性的目的。通過應用電力監控和越級跳閘系統，能夠分析和記錄煤礦電力監控和防越級跳閘系統的相關數據，系統地顯示每一條電路中的電流、電壓、零序電流、實時數據和歷史數據等相關數據，從而更加客觀地評估整個供電系統的安全性。此外，一旦出現故障可以及時報警，并且及時產生跳閘保護，最終避免事故的發生。煤礦供電系統示意圖如圖1所示。

圖1 煤礦供電系統

2.2 提升煤礦電力系統的安全性

通過應用電力系統和防越級跳閘系統，能夠記錄整個煤礦供電系統中的實時運行數據，并且將其顯示在監控主機上。通過對實時參數值進行必要的分析和記錄，能夠及時進行保護值的整定，通過消除整定值偏差，從而更好地保護煤礦供電系統，提升供電系統整體的安全性。通過應用防越級跳閘中的專用模塊和瞬時失壓專用保護模塊，供電系統不會產生瞬時失壓和越級跳閘，從而避免了大面積停電事故的發生[3]。

通過應用煤礦電力監控和防越級跳閘，能夠對整個煤礦電力系統負載、線路故障以及整體運行情況進行客觀記錄，從而便于值班人員更好地開展電力調度、負荷分配以及突發事件處理等相關工作，最終解決人工值守管理模式的相關弊端。

2.3 提升電氣設備運行維護的整體便利性，降低電氣設備損壞率

在煤礦電力系統中加入電力監控和越級跳閘，能夠更加方便地監控煤礦電力系統的實時數據、歷史數據、曲線、電力系統工作記錄等，并且能夠進行故障識別和記錄，方便工作人員及時了解電網運行過程中的相關數據。一旦在應用過程中出現異常狀況，能夠及時開展相關處理工作，盡量避免出現大規模且影響較大的供電系統故障，從而減少故障帶來的損失。

通過在井下應用電力監控和防越級跳閘系統，能夠對井下每一條線路工作的時間進行系統顯示和記錄，同時能夠監控用電系統的整體用電量、負荷、電器工作時間等數據并生成報表，從而給管理機構的管理和考核提供更大便利。

2.4 為能源節約和降低消耗提供必要依據

電力監控和防越級跳閘系統本身具有進行電路電壓顯示和記錄的功能，并且能夠實時監測功率因數、無功負荷、有功負荷、電流以及電壓等相關電力參數，最終為井下的無功功率補償、線路擴改、井下電路負荷分配和節能降耗等相關工作提供數據支撐。

電力監控和防越級跳閘系統的應用，能夠系統地進行送電和停路等相關操作，并且能夠集中遙控調整電氣設備的相關設定，使得整個操作更加準確和及時，避免產生相關的錯誤。相關工作人員需要定期進行巡視，并且對電氣設備開展維護和檢查工作。

3 結 論

通過在煤礦中運用電力監控和防越級跳閘系統，能夠提升整個煤礦用電系統的合理性、安全性和可靠性，對系統中電力設備安全維護和管理工作也具有十分重要的意義，降低設備使用過程中故障的發生率，從而降低電氣設備整體的維護費用，為整個電氣系統的節能減排提供有效的技術支持。