祥升煤礦防越級跳閘系統設計

潘廣執

（山西壽陽潞陽祥升煤業有限公司，山西 壽陽045400）

1 概 況

為了提升供電的可靠性，祥升煤礦對地面35 kV變電所（10 kV入井)、井下副立井底變電所、上組煤變電所、三采區變電所共39臺高壓隔爆開關進行改造。在改造后，實現這些變電所供電防越級跳閘可靠性100%，實現地面35 kV變電所入井母線581、582保護，井下副立井底變電所、上組煤變電所、三采區變電所高壓開關遠程遙控，保護定值遠程整定，集中管理；實現井下變電所具備“遙測、遙信、遙控、遙調”等功能，達到“無人值守”的效果。圍繞著防越級跳閘系統功能設計進行展開，討論了防越級跳閘的實現過程。

2 防越級跳閘系統設計

為了提升煤礦供電的穩定性和可靠性，供電系統應該具有防越級跳閘功能。供電系統的防越級跳閘應該滿足以下的要求。

2.1 具有較強穩定性和可靠性

在進行越級跳閘判斷時，系統內部的傳輸延時<2 ms，自動識別短路故障位置，零延時切除故障，防止供電越級跳閘。為了保證防越級供電的可靠性，防越級功能應至少覆蓋7級以上供電級聯網絡。防越級跳閘系統中的保護裝置為獨立單元，能夠獨立、自動組網，防越級跳閘功能不依賴于后臺監控系統及分站。

此外，防越級跳閘系統中的保護裝置具備狀態自檢功能，能夠對自身運行狀態進行監測，在系統出現異常時，能夠及時報警。保護器內部具備后備電源，保證監控保護裝置供電可靠，保證線路故障時開關可靠動作，并能夠在發生故障時，準確的記錄故障時刻數據。監控系統具備電子掛牌、聯席操作、一鍵送電等安全操作功能，保證系統在停送電、檢修時的安全。

2.2 具有很強的控制性和管理性

防越級跳閘系統應該保證數據通信的高效、穩定。防越級跳閘系統中的分站集成防越級功能及供電監控功能，不單獨設置分站，節省成本，方便維護，可靠性高。

防越級跳閘系統應該配有配置專用的供電安全監控軟件平臺，實行安全分區管理，本質防病毒，免維護，能夠保證監控系統長期安全穩定運行。為了便于管理，還應具有無人值守的功能，可以實現遠程操控。在系統運行期間，能實時地完成數據采集、數據存儲以及相應地處理功能，以應對電力系統突發狀況。此外，系統還應該具備一定的事故反演功能，即根據事故發生后的一些狀態，重現事故發生的過程，方便對事故的處理。

3 防越級跳閘功能實現

3.1 防越級跳閘技術

祥升煤礦采用KJ171煤礦供電防越級跳閘監控系統，如圖1所示。該系統采用網絡智能識別保護方式。

圖1 KJ171煤礦供電防越級跳閘監控系統結構Fig.1 Structure of KJ171 mine power supply anti-leapfrog trip monitoring system

祥升煤礦井下使用的獨立光纜不僅可靠性差，而且成本高。該系統采用了光纖環網復用技術，提高了防越級跳閘系統工作的可靠性，維護簡單。針對供電系統中跳閘事故發生較高不容易監測到的問題，系統采用了在線監測模塊來實時監測開關的狀態，一旦監測到開關存在異常動作的情況，及時地發出警報并自動動作，提高保護開關動作的準確性。該系統對礦井供電系統的母線運行方式自動識別，根據母線的連接方式自動選擇合適的開關動作方式。

可在地面控制室遠程設定系統的保護值，實現了防越級跳閘保護的集中管理，避免人工隨意更改保護值引起的防越級跳閘保護失效問題。

3.2 工作模式分析

（1）供電系統的短路防越級是通過系統中的電流速斷零時限網絡保護技術來實現的。在工作時，微機保護裝置之間組成的智能網絡能進行實時通訊，一旦發現短路故障能立即進行識別，找出短路區域的位置并零時限地切除故障電路，防止越級跳閘的發生。該技術擺脫了對后臺監控系統和監控分站的依賴性，在微機保護裝置之間通訊中斷的情況下，能自動切除網絡中斷區域重新組網，在某種程度上解決了電流快速保護性和可靠性的沖突。

（2）供電系統的漏電防越級是通過系統中的新型信號源選線技術來實現的。供電系統中漏電多是由于中性點的接地方式不當引起的。針對傳統的防越級跳閘時漏電線路選擇困難的問題，該系統將信號源注入到線路中，提高了選線的準確性，準確率可達100%，解決了漏電防越級跳閘的選線問題。

（3）供電系統的電壓波動防越級是通過系統中的電壓波動保護模塊與微機保護裝置欠壓智能識別模塊來實現的。

（4）開關拒動防越級跳閘是通過對拒動準確定位和智能識別實現的。在供電系統運行過程中，由開關拒動引起的越級跳閘也容易發生。針對這種情況，KJ171型煤礦供電防越級系統中通過網絡對開關進行識別，并引入一些智能學習算法，解決了由于保護開關拒動引起的越級跳閘。該系統在運行過程中能自動與上級開關構成聯動關系，保證在發生故障時能及時、正確發生跳閘，將供電引起的故障降到最小。

4 應用效果

在2017年8月9日6點55分，祥升煤礦-450 m位置處皮帶機附近的變電站發生了巷道片幫。片幫過程中大量的碎石冒落，砸壞了變電站的高壓輸電線路的絕緣皮，導致高壓電纜的相間短路。在短路時，電纜上的電流高達2 300 A，而最近的變電站上的開關柜速斷電流是400 A，上一級開關柜速斷電流為1 600 A。事故的電流高于兩級開關速斷的電流值，常規系統會發生多級跳閘。而在運用了KJ171煤礦供電防越級跳閘監控系統后，只有最近的開關柜發生短路，而上一級變電所的保護裝置未發生動作。經過統計，KJ171煤礦供電防越級跳閘監控系統已經累計為祥升煤礦創造經濟效益4 000萬元以上。

5 結 語

針對祥升煤礦原有防越級跳閘系統可靠性差的問題，引進了KJ171煤礦供電防越級跳閘監控系統。分析了KJ171煤礦供電防越級跳閘監控系統的工作模式。通過在祥升煤礦的實踐應用可以發現，該系統防越級跳閘具有選擇性、快速性（零時限）和可靠性，保障了煤礦的安全生產，也創造了經濟效益。