矿井供电系统预防越级跳闸分析与处理

□王永亮

一、引言

煤矿安全生产，是煤炭行业永恒不变的研究课题。它涉及到从采煤、到运输、到装运火车(汽车)等方方面面。涉及保障措施从供电、到通风、供水等各个环节。特别是煤矿生产有其本身条件的特殊性，如果通风不良，井下瓦斯容易聚集、井下施工作业面照明不畅，容易造成安全事故。比如韩城矿务局最早的75事故(1975年)，安检员回家看电影，由于通风不良，瓦斯浓度飙升没有及时稀释，逐渐堆积造成重大安全事故，涉事安监员被依法逮捕。94事故(1994年)内蒙古煤炭工业联合集团公司下属鸡西矿务局发生瓦斯爆炸，事故原因有六条，其中最重要的一条是井下通风管理混乱。可以毫不夸张的说，煤矿几乎所有重大安全事故，都来自瓦斯浓度超标。瓦斯浓度的降低离不开通风作业的安全可靠通风作业的安全可靠，离不开供电系统的安全运行，供电系统的越级跳闸是对井下安全的严重挑战，给国家、社会、家庭、个人带来严重的灾难。为了更有效地应对类似安全事故，陕西煤化集团韩城矿业所属下峪口煤矿(以下简称下峪口煤矿)，于2014年对井下供电的7个变电所、84台高压开关的保护器进行整合(电光、济源、武进)。通过三方招标形式，改造电力监控、集中远程自动化控制，以便能及时处理供电系统防越级跳闸事故。集中远程自动化控制改造，是对现有投运的高压开关设备保护器改造，使其具备电脑一键停送。通过电脑控制，在供电故障状态下发出相关层级的阻断信号，降低供电大面积跳闸，以防越级跳闸。进一步降低供电中断，预防事故扩大蔓延。

二、预防越级跳闸

所谓预防越级跳闸是利用6kV高压开关之间短路闭锁信号闭锁上级开关电流速断功能，让下级开关速断跳闸来解决井下高压供电系统短路越级跳闸问题。由于井下生产环境变化，设备及电力监控配合存在着内在和外在问题，现就供电系统运行中出现的供电越级跳闸事件，保护系统没有起到相应的作用进行分析和改进。

(一)核心部件预防越级跳闸控制器。预防越级跳闸控制器是其中主要的控制部件。整个供电系统中关键节点跳闸命令都是由控制器处理的，其特点如下所示：一是采用逻辑电路直接控制，省略了计算机比较、通讯时间，避免通讯错误引起的故障，反应速度快，可靠性高。二是闭锁信号级联上传，每级开关只闭锁它的一台上级开关，线路简单、负荷小，一台开关拒动，不影响其它开关的正常闭锁和解锁。三是具有后备保护功能，一级开关拒动，其上级开关跳闸保护，确保短路线路被及时切除。四是开关实时检测线路的电流值，根据有无短路电流出现情况自动闭锁和解锁，无需进行整定和调试。

只要依据预防越级跳闸闭锁控制器特点，充分合理运用预防越级跳闸闭锁控制器，就能降低越级跳闸事故。

(二)预防越级跳闸系统组成。图1是典型煤矿供电系统防止短路越级跳闸闭锁示意图。控制器通过安全隔离器与高爆开关内的DSB-600B型保护器配合使用，井下变电所每一段供电母线对应安装一台(16台开关以下)或多台(每16台开关一个)防止越级跳闸闭锁控制器，组成一个防越级跳闸闭锁系统。其中DSB-600B的特点如下[2～4]：一是与变压器和低压综合保护箱配套组成了低压侧故障分断变压器高压侧电源的运行模式。二是高压隔离开关腔设有观察窗，便于观察触头分合是否良好。三是结构合理、操作方便，并具备电动合闸及手动储能合闸双重机构。四是高压真空断路器分断容量大(真空管为400A)。五是对变压器具有温度保护功能。六是采用PLC和人机屏系统，参数设置灵活方便、质量稳定、动作性能灵敏可靠、运行和故障画面直观简明。七是具有系统自检、故障诊断巡检及记忆功能，能够实时检测并数字化显示运行状态及故障指示，便于系统使用、维护和故障判断处理。

图1 煤矿供电系统防止短路越级跳闸闭锁示意图

通过合理使用DSB-600B型保护器与系统的连接，就能较好地克服预防跳闸问题。其原理如下：在井下变电所内，同一条母线上连接的所有分开关智能保护器测试短路的闭锁信号到越级跳闸闭锁控制器中，闭锁控制器收到信号后，输出一个闭锁信号，闭锁该母线的总开关，确保同一条母线上任何一个分开关，下接电路短路时总开关都得到闭锁。井下每个变电所只需要向上一级变电所传送本变电所总开关的短路闭锁信号即可，对于两回路供电线路只需要一根四芯矿用光缆就可以完成变电所之间防止短路越级跳闸级联信号传输。

三、下峪口煤矿越级跳闸分析与处理

(一)下峪口煤矿井供电现状。韩城矿业公司下峪口煤矿历史悠久，自1970年建矿以来，随着国家需求的增大，不断加大生产能力，地下供电系统随着掘进尺度的加深，不断的变化，这给地下供电系统造成很大的复杂性和安全隐患，供电系统必须满足以下供电条件。一是供电要可靠。可靠包括供电线缆、设备的耐潮湿、耐磨、耐移动。二是要保证设备的功率足够，随着掘进尺度的加深，连接的设备越来越来越多，合理充分的功率设置是保障安全的必要条件。三是设备要利于具体工作环境的安装和检修。

图2 下峪口煤矿井供电布局示意图

如图2所示是下峪口煤矿井供电示意图。供电流程是立井35kV变电站分别向井下中央变电所、300北翼变电所、风机回路供电。2～3采区变电所由上述两个变电所供电。2～1采区1#通过300北翼变电所供电，风机回路通风供电。300南翼变电所由300北翼变电所供电，电风机回路通风供电。2～1采区2#通过2～1采区1#并联供电。

(二)下峪口煤矿矿井供电存在的问题分析。虽然安装了防越级跳闸系统但并没有起到作用，造成越级跳闸的原因总体来讲可能是，一是系统所要求的闭锁条件有没有达到；二是系统中开关定值设置是不是合理，有没达到闭锁条件。根据在现场几天的摸查发现：

井下变电所有些高开的闭锁信号断开，不能闭锁其上一级开关：闭锁信号中断的原因有的是光电转换模块损坏；有的是传输线路中断；更多的是保护器问题，其中有一批保护器外壳就有明显的错漏(同一台保护器两个地方标注的端子定义竟然不符)，打开外壳可以发现这些保护器是2012年甚至是2009年的淘汰产品，这些保护器平时可以使用，但是用在系统中就会出现问题。

井下中央变电所与地面开关柜传输闭锁信号的光缆断开，闭锁信号中断，再加上入井柜子速断没有延时，导致在出现短路电流时越级跳闸。2～2变电所进线从延伸中变改到+300北翼变电所后，相应的防越级闭锁信号没有改过去。北轨两个变电所由于环境比较差，经历底鼓变形及相应的拉底后，部分信号电缆拉脱，没有及时进行处理。井下高压开关的定值设置不是很合理。部分闭锁控制器信号板出现问题。

(三)下峪口煤矿矿井供电跳闸的处理。经过上述分析和实际排查提供如下解决办法。一是逐个变电所排查解决发现的问题：更换老旧保护器及损坏的相应配件；恢复中断的闭锁信号；对高开进行检修维护，及时处理发现问题。二是敷设2～2变电所至+300北翼变电所的闭锁信号光缆。三是恢复延伸中变到地面35kV变电所的闭锁信号光缆。四是合理设置速断保护值，在不同应用场合选择不同的保护值。地面工作面适的设置高些，地下工作面根据实际情况设置低些，但都要根据实际设备功率满足安全条件。

四、结语

煤矿安全无小事，特别是供电系统，它直接关系到井下安全。不论是动力采煤、还是安全通风、降低瓦斯浓度，它关系到整个生产安全，是对生命的尊重，涉及千家万户的幸福。本文中结合实际给出陕西煤化集团韩城矿业公司下峪口矿预防跳闸案例，希望对煤矿行业有所借鉴。