煤矿井下高压供电系统越级跳闸的预防

2013-08-15李丽

同煤科技 2013年4期

李丽

0 引言

煤矿井下某处高压发生短路故障时，往往地面的35 kV 变电站10 kV（或6 kV）母线侧的高压开关柜或其井下上级高爆开关动作，而控制发生故障线路的高爆开关不提前动作，导致井下大面积停电。这种煤矿井下高压越级跳闸的现象时有发生，给煤矿的安全生产带来很大的隐患。

煤矿井下高压越级跳闸影响范围大，延长了故障排除和供电恢复时间。事故发生以后，因为不能在短时间内确定故障点而恢复供电，有可能引起瓦斯超限或影响井下排水系统的正常运转，从而可能导致井下更严重事故的发生，直至威胁到井下工作人员的生命安全，给煤矿的安全生产带来较大的危害。为此，必须对此进行分析研究，提出合理的解决办法。

1 煤矿井下高压电网越级跳闸原因分析

1.1 供电级数多、半径小，电流整定配合困难

煤矿井下高压供电网络多采用纵向逐级控制干线式供电网络，每段电缆长度较短（一般在60 m～1 500 m），这就造成了各段线路的首、末两端间的短路电流幅值相差不大，甚至出现电缆首端最小两相短路电流的幅值小于电缆末端的最大三相短路电流的幅值，这就使速断保护的保护范围很小甚至为零，从而使得靠鉴别电流幅值的短路保护方式难以满足其纵向选择性的要求[1]。

有的供电线路虽然较长，但是由于末端负荷大、电缆截面大，发生短路时上下级的电流值相差也不大，很难实现上下级高爆开关的速断配合。由于下级的短路造成上下级之间在整定值上虽有级差却很难起到级差作用，电流很大甚至达到上级高爆开关的短路保护整定值，从而发生下级短路时上下级开关抢跳甚至越级跳闸的现象。

1.2 高爆开关机构配置不合理

随着煤矿开采的不断深入以及技术的不断发展，井下所用的高爆开关的数量和型号也在不断增加，这就对用户提出了更高的要求。

1.3 电磁式的电流互感器的误差

由于铁芯磁特性的非线性，在铁芯磁特性的线性段，一次电流与二次电流近似为线性关系，当一次电流进入铁芯非线性段，由于铁芯磁场强度饱和，励磁电流剧增，造成二次电流有很大的误差。实际测试时发现，由于电流互感器容量小，超过10%误差曲线范围，一次电流达到整定值，反映到二次达不到整定值，造成保护拒动和误动。一般开关：整定值的误差≤±10%。

1.4 煤矿井下所使用的高爆开关固有动作时间问题

由于煤矿井下环境的特殊性等，容易造成高爆开关的动作机构卡涩、不灵活，从而使开关的固有动作时间差异性大，以至于上级高压开关动作快于下级的开关，造成井下发生越级跳闸的现象。

1.5 电流保护时间级差无法配合

由于井下馈线供电线路级数很多，按照通常0.5 s 的时间级差无法实现井下馈线供电线路级数多的过电流保护时限配合。煤矿35 kV 进线系统一般要求其10 kV（或6 kV）系统过电流配合时限为1.5 s，按照0.5 s 配合只能配合3 级供电线路；对于超过3级以上供电线路出现过电流保护时限不配合的情况，不能靠增加时间级差实现各级线路短路保护的整定配合，也可能造成煤矿井下越级跳闸现象[2]。

1.6 煤矿井下高压供电系统高压防爆开关的操作电源回路不独立

某回路高压线路发生短路故障时，有可能导致上级变电所母线压降剧增，从而可能导致部分开关交流操作电源回路的欠电压释放继电器动作，非故障回路的断路器可能瞬时动作，造成电流保护失效，线路保护无选择性瞬时动作，扩大了停电事故的范围[3]。

1.7 其他

系统谐波随整流及自动化设备的增多，其危害也突显出来；长时间运行使得操作机械磨损，也可能是造成高压越级跳闸的原因。

2 煤矿井下电网越级跳闸的预防措施

2.1 加强技术管理

严格按照周期对电气设备保护参数进行理论计算和校验，线路负荷变化后及时调整电流整定值，确保保护装置的动作灵敏可靠。优化煤矿地面与井下的整定配合方案，地面可适当放大速断保护定值，同时尽量缩短过流保护时限定值，使入井回路电缆与采区保护实现分段保护；在满足设备运行的前提下，井下尽量缩小速断保护定值，并且保证保护配合。

2.2 加强日常电气管理

不断优化供电系统，减少不合理供电。加强电缆管理，提高电缆吊挂和电缆接头合格率，减少电缆事故。加强对电气设备的日常定检工作，及时发现电气隐患，保证设备的完好率。系统阻抗变化时要及时整定，如对电流互感器进行试验鉴定，更换不合格的电流互感器。由于高爆开关固有动作时间不等，必须加强开关检修管理，防止机构卡涩等现象的发生。