电力监控及防越级跳闸系统在煤矿供电系统中的应用

李 卓

（山西大同大学 机电工程学院，山西 大同 037009）

0 引 言

煤矿井下的整体环境较为复杂，具有众多的控制开关，而且供电设备和线路往往放置于防爆外壳中。电工和值班调度人员对电路相关实时参数和整体运行状态的了解相对复杂，因此对电力系统中润滑不良、机械卡阻、潮湿侵蚀、绝缘介质蠕变等状况无法进行检查，使得以上因素对电路系统造成了较大影响甚至破坏，最终导致无法有效保障电力系统的整体安全。机电部门在开展机电系统管理过程中，往往只能事后开展处理。如何针对供电系统开展重点设备的定期巡检，对相关故障进行紧急处理，对电路系统开展定值整定和复核具有重要意义。

1 煤矿系统中存在的主要问题

1.1 供电系统中缺乏必要的监控系统

当前，在煤矿供电系统中，大部分煤矿都不会进行监控系统的控制，因此不能及时掌握供电系统的相关参数和运行状态，使电力系统不能正常开展工作，影响供电系统的维护保养和维修工作，最终导致电力事故频发。如果在供电系统产生故障或者事故后再进行应急处理和抢修工作，不仅会使整个处理更加复杂，而且需要投入更多的人力、物力和财力，还可能威胁生产和系统的整体安全性。

1.2 越级跳闸情况频发

煤矿井下往往会选择比实际需求量更大的电缆容量来适应符合增长的基本需求。上、下级变电所之间的整体距离有数百米甚至几千米，因此在实际操作过程中很难实现两段甚至三段的过流保护，从而无法保证线路在短路时不会出现越级跳闸的情况。当线路末端短路时，电流值会超过上级开关在短路电流上设置的数值，发生越级跳闸，有时甚至会产生多级越级跳闸。此外，地面上设置变电站也会产生越级跳闸的情况，最终产生大面积停电，也可能导致矿井里产生大面积停电[1]。

1.3 因瞬时施压跳闸导致大面积停电

供电系统中很大一部分设备是外露的，一旦遇到雷电天气，有可能导致母线产生瞬时失压的状况出现，从而导致在母线上连接的开关出现跳闸，使得电路停电。但是，失压的情况持续时间较短，本身对于电路和电力设备造成的损失和整体影响相对有限。在井下如果因为瞬时失压导致开关跳闸，有可能会使诸多电器停止工作。要想重新恢复需要逐个合闸，所需时间较长，且会给整个井下工作造成严重影响。此外，如果电器长时间不能工作，可能会导致瓦斯聚集，影响整个矿井的安全。

1.4 供电系统的整体容量和矿井容电量不匹配

矿井的开采需要逐步往前。在矿井开采过程中，供电网络会随着矿井的往前延伸而逐步延长。因此，整个电路所需要负载的电气数量会进一步加大，整个电力系统中的总装机容量也会不断扩大。要想更好地适应整体负荷的增长，在进行矿井电力设备选择时，选择比实际需求更大的设备。例如，部分磁力启动器和开关接负载电流为几安、十几安，而开关的额定电网往往能够达到数百安，因此电流预测会产生不稳定情况，不能准确设定用电量，导致其不能达到应有的保护。由于电动机和变压器的容量较大且整体复杂，功率因数相对较低，因此会导致整个系统的效率较低且损耗较大[2]。

1.5 开关智能保护装置设定和漏电选线问题

当前，关于供电保护器的试验研究投入不断加大，促使供电保护器的整体发展日新月异。但是，国家关于智能供电保护器依然没有制定相关的产品标准。当前，智能保护器依然沿用普通继电器的基本标准。因此，煤矿必须要依据自身的基本状况解决相关问题，供电系统的相关整定参数值也要依据国家的相关标准进行计算。

电网线路在结构上相对复杂，在开展零序电流计算过程中，可能会产生一定的误差。当前，市场上的漏电保护器品类繁多，在进行零序电流确定前，整体操作的难度明显较大，且在选线上可能会产生诸多不确定因素，从而可能导致错误动作甚至不动作的现象发生。

2 电力监控和防越级跳闸系统的整体应用

2.1 提升煤矿系统的安全性

通过应用电力监控和防越级跳闸，能够将以往事故后的善后处理转变为电力故障产生前将隐患消除，并且开展自动保护工作，最终达到提升整个电力系统安全性的目的。通过应用电力监控和越级跳闸系统，能够分析和记录煤矿电力监控和防越级跳闸系统的相关数据，系统地显示每一条电路中的电流、电压、零序电流、实时数据和历史数据等相关数据，从而更加客观地评估整个供电系统的安全性。此外，一旦出现故障可以及时报警，并且及时产生跳闸保护，最终避免事故的发生。煤矿供电系统示意图如图1所示。

图1 煤矿供电系统

2.2 提升煤矿电力系统的安全性

通过应用电力系统和防越级跳闸系统，能够记录整个煤矿供电系统中的实时运行数据，并且将其显示在监控主机上。通过对实时参数值进行必要的分析和记录，能够及时进行保护值的整定，通过消除整定值偏差，从而更好地保护煤矿供电系统，提升供电系统整体的安全性。通过应用防越级跳闸中的专用模块和瞬时失压专用保护模块，供电系统不会产生瞬时失压和越级跳闸，从而避免了大面积停电事故的发生[3]。

通过应用煤矿电力监控和防越级跳闸，能够对整个煤矿电力系统负载、线路故障以及整体运行情况进行客观记录，从而便于值班人员更好地开展电力调度、负荷分配以及突发事件处理等相关工作，最终解决人工值守管理模式的相关弊端。

2.3 提升电气设备运行维护的整体便利性，降低电气设备损坏率

在煤矿电力系统中加入电力监控和越级跳闸，能够更加方便地监控煤矿电力系统的实时数据、历史数据、曲线、电力系统工作记录等，并且能够进行故障识别和记录，方便工作人员及时了解电网运行过程中的相关数据。一旦在应用过程中出现异常状况，能够及时开展相关处理工作，尽量避免出现大规模且影响较大的供电系统故障，从而减少故障带来的损失。

通过在井下应用电力监控和防越级跳闸系统，能够对井下每一条线路工作的时间进行系统显示和记录，同时能够监控用电系统的整体用电量、负荷、电器工作时间等数据并生成报表，从而给管理机构的管理和考核提供更大便利。

2.4 为能源节约和降低消耗提供必要依据

电力监控和防越级跳闸系统本身具有进行电路电压显示和记录的功能，并且能够实时监测功率因数、无功负荷、有功负荷、电流以及电压等相关电力参数，最终为井下的无功功率补偿、线路扩改、井下电路负荷分配和节能降耗等相关工作提供数据支撑。

电力监控和防越级跳闸系统的应用，能够系统地进行送电和停路等相关操作，并且能够集中遥控调整电气设备的相关设定，使得整个操作更加准确和及时，避免产生相关的错误。相关工作人员需要定期进行巡视，并且对电气设备开展维护和检查工作。

3 结 论

通过在煤矿中运用电力监控和防越级跳闸系统，能够提升整个煤矿用电系统的合理性、安全性和可靠性，对系统中电力设备安全维护和管理工作也具有十分重要的意义，降低设备使用过程中故障的发生率，从而降低电气设备整体的维护费用，为整个电气系统的节能减排提供有效的技术支持。