煤矿井下电网越级跳闸原因及对策

种志敏

摘 要：该文围绕煤矿井下供电系统的情况，结合井下电网的建设特点，对煤矿井下电网越级跳闸的原因展开分析，提出了诸如井下高压电网防越级跳闸等解决措施，对于数字化保护防止越级跳闸的技术应用进行了探讨。

关键词：井下电网 越级跳闸 防治措施

中图分类号：TD611.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（c）-0062-02

电缆在运行中容易受到磨损或者负荷较大造成的损伤，例如：绝缘击穿形成的短路问题，电缆由于挤压、碰撞、烧电机等情况引起的越级跳闸等，都会造成大范围的事故发生，不仅出现面积性很大的停电，也会带来瓦斯超限等危险，威胁井下设备的运转和人身安全，给煤矿带来巨大的经济损失。因此，选用继电保护装置，缩小停电范围的方法，对于确保井下安全生产是行之有效的。

1 煤矿井下电网越级跳闸的主因

（1）由于开关机构的配置不当，是造成煤矿井下电网越级跳闸的主因之一。煤矿产量的不断提高，一些大型设备的使用给井下的电网运行带来了很大的负荷，需要不断地加强高压防爆开关设备的检修，这样就难以做到与地面变电所的供电设备合理搭配。井下电网使用的高压防爆开关包含了继电保护装置的动作时间、采样时间、单片机的处理时间、继电器信号输出时间，还包括了高压防爆开关的固有动作时间、跳闸电磁铁的动作时间、跳闸机构动作时间以及真空断路器的动作时间等。井下的环境恶劣，如湿度过大可能造成高压防爆开关出现卡涩、不灵活的情况，带来开关的固有动作时间增加，容易带来短路故障，使得地面的高压开关柜动作快于井下的防爆开关，因此，带来井下越级跳闸的现象。

（2）由于煤矿的保护开关装置的使用寿命到期，年限较长的使用性能在变差，检测的精度变差，保护不齐全导致动作迟缓以及动作值和计算值的误差变大，设备的线路发生故障后，开关的误动和拒动出现，导致越级跳闸。

（3）传统的速断保护方案已经不适应当前的上下级的级差解体配合的原则整定。即便是上级保护应比下级保护时限多出0.5 s，并且由于矿井的高压真空配电开关的固定动作时间受到的干扰因素较大，在动作时间的切断限制范围规定上一般设定为0.03～0.31 s，井下供电的上一级开关一般使用的是高压开关柜，速断的动作时间设定在0.2 s，井下发生了短路故障后，高压真空配电开关有时会延迟打开高压开关的装置，形成越级跳闸。

（4）井下供电线路发生短路的话，会产生较大的电流。长距离供电线路中，首段和末端的短路电流差别较大，短路电流变化趋势较陡，继电保护的范围就较大。供电线路较短的时間，线路首端以及末端的短路电流值出现相似的情况，线路短路电流的变化趋势也趋于平缓，在达到一定的可靠指标后，速断保护的范围将逐渐趋于消亡。井下煤矿采用的多位长度较短的多段线路电缆，构成供电网络，这样的上下级的短路电流难以区分，这时速断保护范围基本为零的速断保护，由于短路中产生的电流较大，上下级保护动作的条件需要得到同时的满足，因此，在上下级保护动作的条件如果得不到同时满足，就会造成越级跳闸行为。目前井下已经进入了智能化管理阶段，例如：当下一级电路发生短路故障时，要让上下级保护都同时启动，就有可能出现上下级的短路故障，导致越级跳闸的事情发生。

2 井下高压电网防止越级跳闸的方法

（1）在供电方式的方式上，采用独立的供电或者双回路措施，或者顺应当今供电方式选择供电网络电缆的架构方式，实行独立的双回路供电。这样，当某一回路停止工作，那么其他供电方式也可以实现独立双回路供电，可以担负起负责供电工作的争产运行的职责。由于环形的供电倒闸较为复杂，因此将环形供电减少供电级数，是一种有效地防止越级跳闸的方法。当电源出现停电后，另一回电源承担了全部负荷，负荷过大引起的过负荷跳闸，针对这一现象，应在井下重要的负荷位置，如局部通风机和瓦斯抽放泵站等位置采用双回路的供电，这样变电所就能通过自动切换功能保证供电的连续性[2]。

（2）改造井下高压配电开关的高压保护器，将使用年限过久和保护功能不全的高压保护器进行更换，使用保护功能齐全，保护整定值能够满足连续数字化整定技术要求的高压保护器进行井下开关保护安全运行的工作。

（3）正确计算和整定高压保护定制，可以有效地缩小停电范围，使得变电所进线开关处于过载保护状态，过电流保护按照一回线路跳闸后负荷增加的电流值进行整定后，地面变电所的速断保护定制按照井下和中央变电所的保护范围的要求，应大于线路的15%的长度值，如果这部分的要求没有得到满足，可以使用带时限的电流速断保护配合相邻元件的最大三相短路电流进行动作电流的配合，按照整定后的最大条件的回路电缆与井下中央变电所实现速断保护值日的档次拉开。

（4）由于线路中的供电级数较大的高压配电开关的保护装置会出现误动作的问题，因此，应尽量避免误动作的发生，使用性能好精度高的微机原理实现综合保护功能，具体讲就是将速断时间差设置在0.1～0.3 s之间，将过电流保护的时间级差设定在下一级的过电流保护时间级差之间，最末一级的开关装设的速断时间为0.1～0.2 s[3]。

（5）引进的煤矿供电防越级跳闸数字保护系统，利用高速光纤和纳秒级同步技术，使得井下高压防爆配电开关电流的数据能够与地面控制中心的保护主机进行连接，形成主机上配套差保护的动作线路主保护，识别光纤保护的CT饱和，使得井下智能保护器在失去工作电源的情况上依然能够继续工作，确保失压后的保护可靠动作，起到防止电网越级跳闸事故发生。

3 结语

该文对于煤矿井下的电网越级跳闸的原因进行了分析，实际上该文谈及的原因仅为其中的一部分，并针对性地提出了防治的方法。例如：广泛使用的综合保护器，可以对井下高压防爆开关进行保护；与监测中心、调度室等一起并列，能够使监测中心、调度室在一起，构成煤矿电网安全监测监控系统。采用微机继电保护装置应用后，可以更好地防治井下电网的越级跳闸故障的发生。

参考文献

[1] 周文锁.煤矿井下电网越级跳闸原因及对策[J].同煤科技，2014（2）：30-32.

[2] 李宝强.煤矿井下电网越级跳闸的原因及对策[J].中国科技纵横，2013（6）：194.

[3] 王玉梅，王乐乐，冯红坤，等.基于站域保护的煤矿井下电网防越级技术研究[J].电子测量技术，2016，39（11）：36-40.