礦井供電系統(tǒng)預(yù)防越級跳閘分析與處理

□王永亮

一、引言

煤礦安全生產(chǎn)，是煤炭行業(yè)永恒不變的研究課題。它涉及到從采煤、到運(yùn)輸、到裝運(yùn)火車(汽車)等方方面面。涉及保障措施從供電、到通風(fēng)、供水等各個環(huán)節(jié)。特別是煤礦生產(chǎn)有其本身?xiàng)l件的特殊性，如果通風(fēng)不良，井下瓦斯容易聚集、井下施工作業(yè)面照明不暢，容易造成安全事故。比如韓城礦務(wù)局最早的75事故(1975年)，安檢員回家看電影，由于通風(fēng)不良，瓦斯?jié)舛蕊j升沒有及時稀釋，逐漸堆積造成重大安全事故，涉事安監(jiān)員被依法逮捕。94事故(1994年)內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)聯(lián)合集團(tuán)公司下屬雞西礦務(wù)局發(fā)生瓦斯爆炸，事故原因有六條，其中最重要的一條是井下通風(fēng)管理混亂。可以毫不夸張的說，煤礦幾乎所有重大安全事故，都來自瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)。瓦斯?jié)舛鹊慕档碗x不開通風(fēng)作業(yè)的安全可靠通風(fēng)作業(yè)的安全可靠，離不開供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，供電系統(tǒng)的越級跳閘是對井下安全的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，給國家、社會、家庭、個人帶來嚴(yán)重的災(zāi)難。為了更有效地應(yīng)對類似安全事故，陜西煤化集團(tuán)韓城礦業(yè)所屬下峪口煤礦(以下簡稱下峪口煤礦)，于2014年對井下供電的7個變電所、84臺高壓開關(guān)的保護(hù)器進(jìn)行整合(電光、濟(jì)源、武進(jìn))。通過三方招標(biāo)形式，改造電力監(jiān)控、集中遠(yuǎn)程自動化控制，以便能及時處理供電系統(tǒng)防越級跳閘事故。集中遠(yuǎn)程自動化控制改造，是對現(xiàn)有投運(yùn)的高壓開關(guān)設(shè)備保護(hù)器改造，使其具備電腦一鍵停送。通過電腦控制，在供電故障狀態(tài)下發(fā)出相關(guān)層級的阻斷信號，降低供電大面積跳閘，以防越級跳閘。進(jìn)一步降低供電中斷，預(yù)防事故擴(kuò)大蔓延。

二、預(yù)防越級跳閘

所謂預(yù)防越級跳閘是利用6kV高壓開關(guān)之間短路閉鎖信號閉鎖上級開關(guān)電流速斷功能，讓下級開關(guān)速斷跳閘來解決井下高壓供電系統(tǒng)短路越級跳閘問題。由于井下生產(chǎn)環(huán)境變化，設(shè)備及電力監(jiān)控配合存在著內(nèi)在和外在問題，現(xiàn)就供電系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的供電越級跳閘事件，保護(hù)系統(tǒng)沒有起到相應(yīng)的作用進(jìn)行分析和改進(jìn)。

(一)核心部件預(yù)防越級跳閘控制器。預(yù)防越級跳閘控制器是其中主要的控制部件。整個供電系統(tǒng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)跳閘命令都是由控制器處理的，其特點(diǎn)如下所示：一是采用邏輯電路直接控制，省略了計算機(jī)比較、通訊時間，避免通訊錯誤引起的故障，反應(yīng)速度快，可靠性高。二是閉鎖信號級聯(lián)上傳，每級開關(guān)只閉鎖它的一臺上級開關(guān)，線路簡單、負(fù)荷小，一臺開關(guān)拒動，不影響其它開關(guān)的正常閉鎖和解鎖。三是具有后備保護(hù)功能，一級開關(guān)拒動，其上級開關(guān)跳閘保護(hù)，確保短路線路被及時切除。四是開關(guān)實(shí)時檢測線路的電流值，根據(jù)有無短路電流出現(xiàn)情況自動閉鎖和解鎖，無需進(jìn)行整定和調(diào)試。

只要依據(jù)預(yù)防越級跳閘閉鎖控制器特點(diǎn)，充分合理運(yùn)用預(yù)防越級跳閘閉鎖控制器，就能降低越級跳閘事故。

(二)預(yù)防越級跳閘系統(tǒng)組成。圖1是典型煤礦供電系統(tǒng)防止短路越級跳閘閉鎖示意圖。控制器通過安全隔離器與高爆開關(guān)內(nèi)的DSB-600B型保護(hù)器配合使用，井下變電所每一段供電母線對應(yīng)安裝一臺(16臺開關(guān)以下)或多臺(每16臺開關(guān)一個)防止越級跳閘閉鎖控制器，組成一個防越級跳閘閉鎖系統(tǒng)。其中DSB-600B的特點(diǎn)如下[2～4]：一是與變壓器和低壓綜合保護(hù)箱配套組成了低壓側(cè)故障分?jǐn)嘧儔浩鞲邏簜?cè)電源的運(yùn)行模式。二是高壓隔離開關(guān)腔設(shè)有觀察窗，便于觀察觸頭分合是否良好。三是結(jié)構(gòu)合理、操作方便，并具備電動合閘及手動儲能合閘雙重機(jī)構(gòu)。四是高壓真空斷路器分?jǐn)嗳萘看?真空管為400A)。五是對變壓器具有溫度保護(hù)功能。六是采用PLC和人機(jī)屏系統(tǒng)，參數(shù)設(shè)置靈活方便、質(zhì)量穩(wěn)定、動作性能靈敏可靠、運(yùn)行和故障畫面直觀簡明。七是具有系統(tǒng)自檢、故障診斷巡檢及記憶功能，能夠?qū)崟r檢測并數(shù)字化顯示運(yùn)行狀態(tài)及故障指示，便于系統(tǒng)使用、維護(hù)和故障判斷處理。

圖1 煤礦供電系統(tǒng)防止短路越級跳閘閉鎖示意圖

通過合理使用DSB-600B型保護(hù)器與系統(tǒng)的連接，就能較好地克服預(yù)防跳閘問題。其原理如下：在井下變電所內(nèi)，同一條母線上連接的所有分開關(guān)智能保護(hù)器測試短路的閉鎖信號到越級跳閘閉鎖控制器中，閉鎖控制器收到信號后，輸出一個閉鎖信號，閉鎖該母線的總開關(guān)，確保同一條母線上任何一個分開關(guān)，下接電路短路時總開關(guān)都得到閉鎖。井下每個變電所只需要向上一級變電所傳送本變電所總開關(guān)的短路閉鎖信號即可，對于兩回路供電線路只需要一根四芯礦用光纜就可以完成變電所之間防止短路越級跳閘級聯(lián)信號傳輸。

三、下峪口煤礦越級跳閘分析與處理

(一)下峪口煤礦井供電現(xiàn)狀。韓城礦業(yè)公司下峪口煤礦歷史悠久，自1970年建礦以來，隨著國家需求的增大，不斷加大生產(chǎn)能力，地下供電系統(tǒng)隨著掘進(jìn)尺度的加深，不斷的變化，這給地下供電系統(tǒng)造成很大的復(fù)雜性和安全隱患，供電系統(tǒng)必須滿足以下供電條件。一是供電要可靠。可靠包括供電線纜、設(shè)備的耐潮濕、耐磨、耐移動。二是要保證設(shè)備的功率足夠，隨著掘進(jìn)尺度的加深，連接的設(shè)備越來越來越多，合理充分的功率設(shè)置是保障安全的必要條件。三是設(shè)備要利于具體工作環(huán)境的安裝和檢修。

圖2 下峪口煤礦井供電布局示意圖

如圖2所示是下峪口煤礦井供電示意圖。供電流程是立井35kV變電站分別向井下中央變電所、300北翼變電所、風(fēng)機(jī)回路供電。2～3采區(qū)變電所由上述兩個變電所供電。2～1采區(qū)1#通過300北翼變電所供電，風(fēng)機(jī)回路通風(fēng)供電。300南翼變電所由300北翼變電所供電，電風(fēng)機(jī)回路通風(fēng)供電。2～1采區(qū)2#通過2～1采區(qū)1#并聯(lián)供電。

(二)下峪口煤礦礦井供電存在的問題分析。雖然安裝了防越級跳閘系統(tǒng)但并沒有起到作用，造成越級跳閘的原因總體來講可能是，一是系統(tǒng)所要求的閉鎖條件有沒有達(dá)到；二是系統(tǒng)中開關(guān)定值設(shè)置是不是合理，有沒達(dá)到閉鎖條件。根據(jù)在現(xiàn)場幾天的摸查發(fā)現(xiàn)：

井下變電所有些高開的閉鎖信號斷開，不能閉鎖其上一級開關(guān)：閉鎖信號中斷的原因有的是光電轉(zhuǎn)換模塊損壞；有的是傳輸線路中斷；更多的是保護(hù)器問題，其中有一批保護(hù)器外殼就有明顯的錯漏(同一臺保護(hù)器兩個地方標(biāo)注的端子定義竟然不符)，打開外殼可以發(fā)現(xiàn)這些保護(hù)器是2012年甚至是2009年的淘汰產(chǎn)品，這些保護(hù)器平時可以使用，但是用在系統(tǒng)中就會出現(xiàn)問題。

井下中央變電所與地面開關(guān)柜傳輸閉鎖信號的光纜斷開，閉鎖信號中斷，再加上入井柜子速斷沒有延時，導(dǎo)致在出現(xiàn)短路電流時越級跳閘。2～2變電所進(jìn)線從延伸中變改到+300北翼變電所后，相應(yīng)的防越級閉鎖信號沒有改過去。北軌兩個變電所由于環(huán)境比較差，經(jīng)歷底鼓變形及相應(yīng)的拉底后，部分信號電纜拉脫，沒有及時進(jìn)行處理。井下高壓開關(guān)的定值設(shè)置不是很合理。部分閉鎖控制器信號板出現(xiàn)問題。

(三)下峪口煤礦礦井供電跳閘的處理。經(jīng)過上述分析和實(shí)際排查提供如下解決辦法。一是逐個變電所排查解決發(fā)現(xiàn)的問題：更換老舊保護(hù)器及損壞的相應(yīng)配件；恢復(fù)中斷的閉鎖信號；對高開進(jìn)行檢修維護(hù)，及時處理發(fā)現(xiàn)問題。二是敷設(shè)2～2變電所至+300北翼變電所的閉鎖信號光纜。三是恢復(fù)延伸中變到地面35kV變電所的閉鎖信號光纜。四是合理設(shè)置速斷保護(hù)值，在不同應(yīng)用場合選擇不同的保護(hù)值。地面工作面適的設(shè)置高些，地下工作面根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置低些，但都要根據(jù)實(shí)際設(shè)備功率滿足安全條件。

四、結(jié)語

煤礦安全無小事，特別是供電系統(tǒng)，它直接關(guān)系到井下安全。不論是動力采煤、還是安全通風(fēng)、降低瓦斯?jié)舛龋P(guān)系到整個生產(chǎn)安全，是對生命的尊重，涉及千家萬戶的幸福。本文中結(jié)合實(shí)際給出陜西煤化集團(tuán)韓城礦業(yè)公司下峪口礦預(yù)防跳閘案例，希望對煤礦行業(yè)有所借鑒。