对矿井供电系统防越级跳闸技术的分析

2019-12-28李海光

煤矿现代化 2019年4期

李海光

（山西临县华烨煤业有限公司，山西吕梁 033000）

0 引言

一般情况，煤矿作业都是在井下进行，井下工作环境恶劣，工作空间窄小，操作人员对电缆的使用方法不正确，供电时变频器、软启动器等机电设备长时间运行，因此其在运转的时候会因为共振过电压造成电缆短路，致使电缆着火，供电系统频繁的出现高压短路问题。现阶段，无论是国内还是国外大部分的煤矿供电系统都是选用辐射状电源级联模式。此模式线路之间的间隔比较短，井下防爆开关微机保护不能进行跳闸，造成井上的变电站断路器的动作反应时间比井下断路器分闸时间短，以至于难以辨别出井下故障。当井上的断路器出现跳闸现象的时候，井下的电源全部跳闸，从而造成继电器间的压力损失，井下大面积的停电，直接影响了生产进度及工作人员的安全，也不同程度的影响了通风系统的正常运行，导致有害气体的聚集。所以，解决井下越级跳闸的情况非常有必要。

1 对防越级跳闸技术的分析

当矿井供电系统出现多级开关一起跳闸，则导致煤矿大规模的断电，影响井下的生产进度及工作人员的人身安全。所以，防止越级跳闸很有必要。其中线路短、谐波及电磁干扰严重、漏电保护措施差、阻抗值较小等都是出现越级跳闸的因素。

目前解决越级跳闸的方法有：

1）纵联差动保护技术是用电缆或者光纤纵向将线路两端的保护装置连起来，当出现短路现象时，通过对比两端的电流和相位，系统则能够很快的找出故障区域，然后在离故障区域最近的地方跳闸，防止了越级跳闸。此技术的优点是产生的效果较好，改进的工作量较小，对于新建的煤矿以及旧开关的改进很适用。缺点是不能保护母线所出现的故障；

2）通信级联闭锁技术是结合了差动保护原理和网络闭锁原理，出现短路故障时，短路地方的下一级从站还不能够检查出故障信号，检查故障信号的保护装置出现推迟开启，则对上一级主站的故障信号进行封闭。如果没接收到下级的闭锁信号，闭锁信号将在延时过后自动解除，然后本级跳闸。此方法的优点是通过和高速通信网络相结合，能够有效防止越级跳闸。此方法的缺点是改进的工作量较大，而且每一级的保护装置都具有延时的作用，导致无法快速进行选择。

3）通过GOOSE的防越级跳闸技术与上一个技术的原理相似。由于GOOSE通信系统不通过会话层、传输层和网络层，所以信息传送的速度很快。此方法的优点是信息传送的速度较快，能够很快的把故障切断，有效的防止了由于故障处理延时使得事故的发生。第三种方法比前两种方法的结构组成更加简单，实效性更强以及能够更精准的选择出故障发生地，适用与智能变电站的建造。但是其缺点是需要更换矿井下全部开关的保护装置，工作量太大。综上所述，可以根据自己的情况选择合适的技术。

2 对矿井供电系统出现越级跳闸的原因进行分析

在我国矿井供电系统出现问题的原因之一是高压保护装置不够健全，造成供电系统不能完全被保护，容易保护失效，使得供电系统不能够正常运行。出现这种情况时，矿井供电系统的上一级的保护设备将自动开启，此现象就是越级跳闸的关键因素。下面是对某矿井供电系统在实际生产过程中出现的原因分析。

2.1 保护控制装置本身出现问题

矿井供电系统的安全性是通过保护控制装置来控制的，是供电系统能正常工作必不可少的设备。对一个煤矿来说适合本矿情况的保护控制装置是至关重要的，合适的保护装置还能提高其性能，以此来满足煤矿中有关保护控制装置的有关标准。假使因为保护控制装置本身的原因造成不能立即判断出出现问题，没有即使报警，或是误判了问题的发生，都会造成越级跳闸情况的发生。

2.2 继电保护出现问题

所有电力系统中的机器都会设定一个电压警戒线，当电力出现负载的情况时，电力系统会跳闸，以此来确保机器及其人员的安全。由于井下的工作空间狭小，所以大部分的煤矿都选择短线路的供电方案。其中在矿井供电系统受保护时，过流保护会出现一个时间差的情况，此情况会造成供电系统的越级跳闸。

2.3 防爆开关出现问题

对于煤矿生产来说，瓦斯爆炸是生产过程中最怕发生的，瓦斯爆炸不仅会影响生产进度，而且直接威胁着井下工人的生命安全。所以，大部分煤矿上都会安装防爆开关。其中在防爆开关外还应该安装一块专用电源及备用的电源。主开关及主电路主线上连接着防爆开关，假使防爆开关受到破损，则直接会影响到控制电路，这也会造成矿井供电系统越级跳闸。

3 对矿井供电系统防越级跳闸技术的分析

一般情况，控制矿井供电系统越级跳闸的技术有：电气闭锁防越级跳闸技术、分散集中控制防越级跳闸技术、基于全网数据共享的数字化变电站防越级跳闸技术及基于纵联差动保护的防越级跳闸技术。

3.1 电气闭锁技术

由于煤矿井下的环境恶劣、复杂，电缆设备的闭锁信号远距离输送较为困难，造成电气闭锁防越级跳闸方法在预防矿井供电系统越级跳闸故障的时候，出现误跳以及拒动的现象，难以较好的将电气闭锁防越级方法在现场应用。而且此方法在电气闭锁情况下还需整理杂乱的电缆线路，还要注意每根电缆线间的连接方法，更加加大了难度。电气闭锁防越级跳闸技术在电力变电站供电系统中的电源线路采用的是双回路设计，这样在正常运行或是检修时都能够将开关在两条线间进行串联或是并联。此方法使得电缆线路连接与实际的设计方案变得更为复杂，增加了难度。电气闭锁的不足之处是自检信息不够完善，所以在正常工作下闭锁器或电缆线路常出现问题，并且不能立即发现，以至于造成安全隐患。同时也增加了电缆线路检修和维护的难度，这也是电气闭锁技术不能立即防止矿井供电系统越级跳闸的主要因素所在。

3.2 矿井集中控制技术

分站设备是分站集中控制方法的关键性结构，工作的过程中至少安装一台分站设备，且安装的分站设备需与井下综采面的其他防越级跳闸开关具有较好的通信联系，以此来预防及控制矿井供电系统中越级跳闸情况。假如井下的某处线路发生了短路问题时，防越级跳闸开关能立即检测到并作出反应，并且将故障信号传送到分站，分站在将此信号通过预先设置好的供电网络关系进行辨别，然后找出离出现故障最近地方的开关，分站对其发出指令，使得开关跳闸，达到对供电系统中类似故障的预防及控制。在实际的运行中，对此技术的通信系统要求比较高，如果通信出现故障，分站则不能立即做出响应，因此造成矿井供电系统的安全。

3.3 基于全网数据共享的数字化变电站技术

一些煤矿使用基于全网数据共享的数字化变电站方法，但是实际应用中此方法并不特别好。其中关键设备是光纤数字通信接口，矿井的保护器通过光纤把电气信息传输到数字变电站，以此来合并单元结构部分，并且分析所收集的各个线路的信息，然后由数字化变电站合并单元对问题进行处理，以此来控制矿井供电系统的越级跳闸问题。此技术是可以减少变电站内部大量电缆线路的连接，但是对防越级跳闸情况的作用不明显。