煤礦供電系統中越級跳閘問題研究

王太民

摘 要 煤礦井下供電系統線路保護普遍面臨通信能力差、保護器功能不全、漏電保護無法實現比較、失壓保護零時延以及速斷過流保護定值無法整定等問題，導致井下供電出現短路、過流等故障，尤其是廣泛存在的越級跳閘，對井下供電系統安全運行造成威脅。由于煤礦供電系統復雜一旦發生越級跳閘事故，會導致大面積停電，嚴重危及人身安全。本文根據煤礦供電系統特點，分析和總結了造成短路越級跳閘的原因，提出了利用智能變電站區域集控技術防止越級跳閘的方案，經過在煤礦的實際應用，效果良好。

關鍵詞 供電系統；越級跳閘；區域集控

引言

由于煤礦井下供電系統部分線路過短，允許保護時限比較短，整定過流速斷保護比較困難，當出現過流現象時，經常出現越級跳閘的問題。因此，某煤業采用故障區段矩陣判別算法，并將該算法與智能變電站區域集控技術相結合，使得變電站具備智能故障識別和隔離的功能，從而在根本上解決煤礦越級跳閘的問題。

1 越級跳閘原因分析

1.1 失壓保護零時延

保護器的失壓保護動作時延不能整定，工作面大功率設備重載啟動時，會造成母線電壓瞬間降低，導致越級跳閘或大范圍跳閘。同時，饋線在距離母線很近的地方發生短路會導致母線電壓短時失壓，會使得該段母線上的開關欠壓脫扣跳閘引起越級。

1.2 速斷過流保護定值無法整定

由于供電距離遠且線路短，存在三端或多端線路，無時間級差，無最小保護范圍，線路保護定值難以制定。同時井下環境特殊，存在多級采區變電站級聯，無法通過增加時間級差實現線路的整定配合，線路極易發生越級跳閘，對煤礦的安全生產造成嚴重影響。

1.3 上、下級繼電保護開關裝置不配合

繼電保護裝置短路保護時間小于200ms，當前設備與井下的高壓防爆開關無法有效配合，隨著供電線路的延長，整定值逐級降低，降低到一定程度后，會造成開關動作關閉，導致越級跳閘故障。

1.4 漏電保護裝置的可選擇性差

①煤礦供電系統電網內存在諧波，對保護產生嚴重影響；②零序電流互感器的特性存在差異，檢測到奇異信號、強烈信號或微弱信號時，易出現失真，使得故障信號識別率降低；③接地方法不夠簡潔，一般采用瞬時性接地和穩定性接地，其中又包括電弧性接地和直接接地，導致故障信號復雜；④電力系統網絡中線路的距離、電網的補償程度以及系統的平衡度與保護都密不可分[1]。

2 防越級跳閘的原理及實現方式

2.1 基本原理

在煤礦各高壓開關中配備級聯縱差微機綜合保護裝置，利用光纖連接上級至下級變電所的進線開關，交換上下級間的故障信息，利用上下級開關協商的方式分析故障范圍，最終能夠根據就近原則將故障點切斷，避免該類故障的發生。

2.2 實現方式

采用光纖數字縱聯差動保護裝置，在高壓真空配電裝置中采用光纖。該保護裝置主要用來檢測全網的動態情況，利用上下級開關協商的方法進行判斷，可以準確判斷問題所在，迅速切除。用A1+、A1-、A2+、A2-表示上下級變電所之間的聯絡開關，它們配備的保護裝置均具有差動保護功能。見圖1。

①假設高壓電纜L1段出現短路故障，其本級高開A1+保護測到短路電流，而A1-高開保護處未測到短路電流，兩高開之間的電流差就是短路電流，兩高開保護中的差動保護功能都啟動，L1兩端的A1+與A1-保護動作于跳閘，將故障切除。②假設L2段出現短路故障，其本級高開A2+的保護測到短路電流，A1+、A1-保護測到短路電流，A2-保護沒有測得。所以，A1+、A1-測的電流差是0，按照相關原理A1+、A1-差動保護不啟動，開關不跳閘，而L2兩端的A2+、A2-測得的數值就是短路電流，兩高開保護中的差動保護功能都啟動，動作于跳閘，將故障切除。③假設L3段出現短路故障，高開A3、A2+、A2-、A1+、A1-都測到了短路電流。A1+、A1-的電流差是0，A2+、A2-的電流差是0，級聯縱差保護都不啟動。啟動A3短路保護功能，L3的短路電流到達其定值，A3短路保護動作于跳閘，將故障切除。④假設L4段出現短路故障，高開A4、A1+、A1-都測到短路電流。A1+、A1-的電流差是0，級聯縱差保護不動作。高開A4短路保護啟動，L4的短路電流到達其定限值，A4短路保護動作，跳閘，故障切除[2]。

3 防越級跳閘技術分析

4 結束語

生產中，煤礦井下經常會發生電氣故障。為避免大規模停電引起越級跳閘問題，構建防越級跳閘系統過程中，必須要保證其傳輸效率，方便后期升級。此外，一定要可以實時監控保護動作行為信息。

參考文獻

[1] 張素萍，龍衛新，潘社輝.煤礦防止短路越級跳閘技術研究[J].山東煤炭科技，2017，（10）：114-115，117.

[2] 王建文.煤礦供電系統防越級跳閘的應用[J].山東煤炭科技，2017，

（10）：123-124.