煤礦供電系統防越級跳閘的研究

＊廉智勇

（太原煤氣化龍泉能源發展有限公司 山西 030303）

要想能夠更加有效地應對供電越級跳閘事故，保障礦井生產安全，就需要充分地掌握產生越級跳閘問題的原因，在這個時期，需要選擇合理的措施來應對越級跳閘事故，而且要選擇合理的預防措施，使得礦井生產能夠更加安全地開展。

1.煤礦供電系統中存在的問題

（1）缺少電力監控后臺系統。煤礦井下供電系統缺少電力監控系統，當井下供電系統發生故障時，不能直觀反映供電系統故障情況，同時變電所值守人員不能在第一時間發現系統存在故障，造成停電事故發生、停電范圍擴大，同時在對供電進行恢復過程中，無法明確事故發生的區域及事故發生點，不能確定事故發生原因，造成供電系統恢復延誤，給礦井供風、排水等設備供電造成影響，進而影響到整個礦井安全生產。

（2）多次產生越級跳閘的情況。煤礦井下供電配電系統要求較為嚴格，為保證供電可靠性，很多重要負荷要求雙回路供電，同時因為現場環境、條件原因，井下供電點較多，最終形成井下供電系統“點多、線短、面廣”的復雜供電形式，同時由于受井下條件限制，井下供電系統設備安裝、線路敷設較為困難，為減少電纜敷設和供電設備安裝，現場多處負荷共用供電電源線路、變壓器、供電開關等設備，再有因井下上下級變電所、配電點距離較近，供電線路較短，在下級供電線路或設備發生短路故障時，短路電流值瞬間達到最上級開關整定值，造成越級跳閘事故；同時井下高壓系統為10kV供電系統，在10kV供電系統發生單相接地、兩相短路時，會造成井上下整個10kV系統產生波動，個別開關發生系統波動性越級跳閘，造成停電礦井停電范圍擴大，排查故障、恢復供電難度大嚴重影響礦井的安全生產。

（3）不能正確設置保護裝置的定值。國家對于煤礦供電系統的保護裝置有著明確的規定，要想保障工作人員和工作設備的安全性，施工人員就需要根據相關的標準規定來設置煤礦供電系統的安全值。不過在進行生產的時候，各個礦都會從自身的條件出發，在設置供電系統保護裝置安全值的時候，都會存在自己的建議。因為部分礦選擇的安全值和國家規定的標準存在較大的差距，國家設置的安全值是以各個礦的標準來進行設置的，如果各個礦沒有根據國家的標準來選擇安全值，如此安全事故的產生概率也會顯著提升，在這種情況下，對于煤礦行業來說，需要嚴格地根據國家的標準規定來設置安全值。

2.產生越級跳閘情況的主要影響因素

煤礦井下作業生產有著較高的專業性，生產環境比較復雜，工作環境比較惡劣，尤其是在進行采掘作業的時候，需要不斷地移動供電電纜，而且會持續地啟停各種變頻，如此會產生過電壓的諧振情況，設備供電網絡系統會產生短路高壓的問題。借助級聯式供電措施，也就是選擇多條短線組成的電纜網絡當作井下作業設備的供電連接。在進行使用的時候，這樣的一種方式供電線路較短，容易出現電流三段式保護設備無法充分地反饋故障短路問題，因此供電線路會產生越級跳閘的情況，礦井作業區域的斷電范圍比較廣泛，進而嚴重影響到了開采作業效率和整體的安全性。

（1）繼電安全保護方面的因素。按三段式保護理論，短路保護保護到線路全長的80%，帶時延的過流保護作為后備保護保護到下級變電所的開關以下。而煤礦電網都是短線路，門口短路和線路末端短路，開關處的短路電流基本上一樣，造成上下級變電所短路保護無法進行配合，下級變電所的線路短路，上下級短路保護都啟動，從而引起越級跳閘的發生。對于這種情況，城市配電網的做法是第一級開關的速斷保護不投入，而采用過流保護通過延時時間進行上下級過流保護的配合。而在煤礦，35kV變電站或110kV變電站是有集團供電公司管理，而只有下級和下下級6/10kV變電所才由礦上管理，無法實現速斷保護退出，而采用過流保護靠時間級差進行配合的辦法，這也是造成越級跳閘的原因。

（2）電壓波動。供電運行系統要是遇到雷擊的情況或者是接地存在問題，系統就會受到較大的影響，進而產生強烈的波動。在這個時期要是波動電壓額度超出了額定范圍，脫扣器自動動作會使得系統功能開關保護設備難以發揮自身的功能，進而產生越級跳閘的情況，其中跳閘的位置不夠穩定，無法有效地確定。

（3）開關質量問題。根據監測監控要求，井下動力高低壓開關要進行瓦斯電、風電閉鎖，并要求每半月進行一次試驗，造成開關分合閘次數頻繁，同時在對局扇每天進行切換過程中，開關要進行分合閘，造成開關故障率增加，開關機構出現異常，在供電系統發生故障情況下，開關保護動作后無法進行正常分閘，進而發生越級跳閘事故。

（4）控制保護裝置故障和差異問題。技術人員在購置控制防護裝置的過程中需要做到嚴格細致，不可以馬虎對待。因為一些保護裝置的性能較差，裝置不符合設計需求，啟動這種裝置的時候容易產生一些問題，運行速度較慢，產生較大的誤差，裝置靈敏性也會受到影響，同時井下使用開關保護裝置廠家、型號種類多，各種廠家的保護裝置之間性能存在差異，經常表現在地面變電所保護裝置較井下變電所高壓開關保護裝置動作靈敏，如果上下級保護匹配調試不到位，在發生供電系統故障情況下，可能發生越級跳閘事故。

3.煤礦供電系統越級跳閘問題的應對措施

（1）選擇高低壓開關失壓保護裝置，設置合理的延時時間。井下供電系統要求在高低壓開關設置失壓脫扣器，在供電系統發生波動情況下，開關會瞬間失壓，進而產生越級跳閘的情況。因此需要設置合理的高低壓開關失壓保護裝置，設置專用的控制電源，避免因電壓波動導致控制回路失壓而發生供電系統越級跳閘；同時也需要正確設置電壓損失延時保護時間，保障電壓損失時間超過短路的保護制動時間。如此能夠有效地應對系統發生短路引起供電系統波動產生的越級跳閘問題。

（2）選擇合適的保護裝置，正確設置各級開關的保護整定值。在供電系統開關保護裝置選擇上，保證同等電壓等級開關保護裝置廠家、性能統一，擇優選擇動作靈敏、可靠、設計原理符合要求的保護裝置，避免因不同廠家、不同產品、不同原理的保護裝置在供電系統上下級開關中使用產生差異，引起供電系統越級跳閘事故；同時需要合理設置井上下供電系統上下級開關整定值，及時根據負荷的增減情況，對開關的定值作出調整，在供電系統運行過程中，對發生的各類供電事故進行分析，通過開關跳閘動作定值，能判斷分析故障發生種類及發生的大概區域，同時根據跳閘動作值的大小，對開關定值作出及時調整。

（3）增強供電管理，減少供電系統故障率。由于井下潮氣重、空間受限等各種環境影響，供電系統設備、電纜故障率相對較高，經常發生供電系統漏電、短路等故障，加強供電系統定期檢修，尤其是井下高壓供電系統，從檢修上主動預防供電事故發生，降低因供電系統故障引起越級跳閘事故發生。

（4）嚴格地保障電力系統開關質量。供電系統開關質量是比較重要的，選擇優質的供電開關，可降低開關故障率，減少開關拒動情況發生，使得各級開關都能起到保護作用，在開關設備安裝初期及定期對設備進行相應的試驗，確保開關各方面性能符合要求，能有效避免因下級開關拒動而引起的越級跳閘事故發生。

（5）選擇具有防越級功能保護裝置，搭建防越級保護系統。通過聯系地面的供電線路設計方案，采用網絡化基因拓撲算法，利用開關間自主交換故障信息進行協商的形式，自主判斷故障區段，實現全網零秒速斷，以達到防越級跳閘的目的，搭建具有防越級保護、母差保護、三段式過流保護、零延時智能后備保護等防越級跳閘保護功能的系統，通過分散安裝具有防越級功能保護器搭建的專用保護信息網快速交換信息，能夠快速判斷故障區段，準確快速切斷距離故障點最近的故障開關，以達到防越級跳閘的目的，并且對于母線故障也能夠做到快速切除，防止產生越級跳閘的情況。

（6）持續地完善煤礦供電系統的使用標準。如今大多數的煤礦從業人員無法正常使用電力系統，在設置保護系統安全值的時候會產生一定的問題，而且大多數的施工人員沒有明確國家的規定值，在設置安全值的時候過于隨意，嚴重的話會產生安全事故，在這種情況下就需要持續地完善和改進煤礦供電系統的使用標準，保障后續操作能夠順利地進行。

4.結束語

總的來說，在煤礦供電系統運行的時候容易產生越級跳閘的情況，如此會嚴重影響到煤礦的正常生產，甚至是產生安全事故，造成嚴重的經濟損失，如今產生越級跳閘問題的原因是比較多樣的，因此需要仔細地進行分析，選擇合理的措施進行應對，增強對于供電系統的管理和控制，確保供電系統的越級跳閘問題能夠得到更加有效地處理。