一种矿井供电系统防越级跳闸试验方法

牛垚宾

（晋煤太钢公司三交一号矿井，山西吕梁 033000）

0 引言

目前，我国煤矿业随着工业的发展而出现较大的提升，而相应的井上、井下供电系统变得更加复杂。由于矿井设置有多个采区，不同的采区设置有相应的供电系统。由此可以看出，供电设备不断增多，供电距离也越来越大。从上述特点来看，开关越级跳闸事故是煤矿供电系统中显著的现象，造成区域较多的停电事故，从而给煤矿作业带来不便及安全事故[1]。越级跳闸产生的主要原因如下。

（1）当前井下供电系统装配的设置大都是半数字以及半模拟的保护器，往往出现定值漂移现象，从而带来一定的保护误差。与此同时保护的精度比较差，不能实现定值的连续变化，不能进行上下级保护配合。

（2）在进行保护的过程中，并没有有效地解决低压问题，这样会使得电压波动，最终导致电网出现大面积的停电。

在煤矿生产过程中，煤矿井下越级跳闸问题始终存在。现在，煤矿主要使用上级开关短路速断保护设置延时，时间为10～200 ms。当出现短路现象时，下级开关短路速断保护开始工作，这样可以使得下级开关先动作[2]。可是由于不同的开关机构之间存在一定的差异性，因此相应的灵敏度也存在差异，这样使得下级开关的优先性是否高于上级，存在一定的争议。因此本研究用模拟的试验方法对防越级设置进行验证。

1 试验方案

为了对四级电路进行模拟，本实验采用6套高爆开关保护器。其中第一级与第二级都设置1个开关，对上级变电所总开与分开进行模拟。第三级以及对应的第四级对下级变电所总开与分开进行模拟，其中第三级设置1台开关，主要对下级变电所总开实现模拟，而第四级设置有3台开关，主要用来模拟1条母线上的3个分开[1]，如图1所示。

1.1 测试方法

（1）当防越级跳闸系统退出之后，对末级开关短路以及各级开关的跳闸现象进行测试。

（2）对4级开关下级短路时进行测试，主要测试系统动作情况。

（3）在对3级开关以及4级开关出现短路的状态进行测试，观测系统动作以及相应的值。

（4）在对2级开关以及3级开关出现短路的状态进行测试，观测系统动作以及相应的值。

（5）在对1级开关以及2级开关出现短路的状态进行测试，观测系统动作以及相应的值。

图1 实际模拟试验方案示意图

1.2 试验步骤

（1）在实验时，所采用的电路图按照如图2所示连接。其中，主接触器J能够给大电流发生器供应电能，当出现故障时，保护器保护接点能够切断发生器的电源，这样可以有效地切断大电流。J1表示中间继电器，起到保护节点控制的作用；J2表示中间继电器，起到继电保护测试装置测A以及N的接点控制，其中J2节点能够对大电流的发生器启动进行保护[2]。

图2 具体试验线路示意图

（2）整定保护定值。1号保护器速断对应的整定保护值设定为2 400，而对应的速断延时设定为0 s；2号保护器速断对应的整定保护值设定为2 000，而对应的速断延时设定为0 s；3号保护器速断对应的整定保护值设定为1 600，而对应的速断延时设定为0 s；4号保护器速断对应的整定保护值设定为1 200，而对应的速断延时设定为0 s；5号保护器速断对应的整定保护值设定为1 200，而对应的速断延时设定为0 s。

2 试验过程及结果

（1）对各级开关短路跳闸进行测试。在进行实验时，流过大电流发生器的电流设定为2 600 A，与此同时把继保测试装置设置的b、n接点任意连接到6台保护器的接点。操作继保测试设备通过A、N能够输出直流电，电压值为24 V，可以输送指令给J2，这时J2动作，常开触点闭合，从而使的大电流发生器工作。与此同时继保测试设备开始计数，这时6台保护器能够对大电流的输出信号进行检测，但出现故障时，保护器可以直接发出速断分闸指令，不仅可以直接切断中间继电器J1电源，而且能够给继保测试设备发出停止计数的指令[3]。

试验结果：经过实验发现保护器动作时间为80 ms，每台保护器都实现了报警速断；当速断0 s延时的状态下，保护器相应的固有动作大致为：30 ms，而接触器J的动作时间大致为10 ms，相应的J1以及J2对应的中间继电器的动作时间大致为7 ms；在这个过程中，发生器电流从0 A迅速上升到2 600 A，所需要的时间仅为30 ms。

（2）对4个级别开关下级电路的短路以及系统的动作情况进行测试。把5号开关以及6号开关的电流互感器设置为短路，并且检测电流值为0 A[4]。

把继保测试装置对应的开关输入端和4级4号开关的保护接点进行连接，这样能够对4号开关的动作时间进行测试。操作继保测试设备通过A，N能够输出直流电，电压值为24 V，可以输送指令给J2，这时J2动作，常开触点闭合，从而使的大电流发生器工作。与此同时4个保护器能够同时对电流进行检测，假如系统设置有防越级跳闸功能，那么相应的4级4号保护器能够给保护器可以直接发出速断分闸指令，不仅可以直接切断中间继电器J1电源，而且能够给继保测试设备发出停止计数的指令[5]。

试验结果：经过测试发现，仅4级4号开关可以实现跳闸报速断事件，对应的动作时间大致为80 ms，1、2、3号开关并没有任何动作，5以及6号开关报失压跳闸。

（3）对3级开关和4级开关之间出现短路的情况进行测试。假如该环节保护正常并且存在防越级功能。把4级保护系统中的4、5、6号电流互感短路，这样不存在电流。把继保测试装置对应的开关输入端和3级3号开关的保护接点进行连接，这样能够对3号开关的动作时间进行测试。操作继保测试设备通过A，N能够输出直流电，电压值为24 V，可以输送指令给J2，这时J2动作，常开触点闭合，从而使的大电流发生器工作。与此同时4个保护器能够同时对电流进行检测，假如系统设置有防越级跳闸功能，那么相应的3级3号保护器能够给保护器可以直接发出速断分闸指令，不仅可以直接切断中间继电器J1电源，而且能够给继保测试设备发出停止计数的指令[6]。

试验结果：经过测试发现，仅4级4号开关可以实现跳闸报速断事件，对应的动作时间大致为80 ms，1、2号开关并没有任何动作，4、5、6号出现开关报失压跳闸现象。

（4）对2级开关和3级开关之间出现短路的情况进行测试。假如该环节保护正常并且存在防越级功能。把3级的3号保护、4级的4、5、6号电流互感短路，这样不存在电流。把继保测试装置对应的开关输入端和2级2号开关的保护接点进行连接，这样能够对2号开关的动作时间进行测试。操作继保测试设备通过A，N能够输出直流电，电压值为24 V，可以输送指令给J2，这时J2动作，常开触点闭合，从而使大电流发生器工作。与此同时1～2级保护器能够同时对电流进行检测，假如系统设置有防越级跳闸功能，那么相应的2级2号保护器能够给保护器可以直接发出速断分闸指令，不仅可以直接切断中间继电器J1电源，而且能够给继保测试设备发出停止计数的指令。

试验结果：经过测试发现，1～2级开关中只有2级2号开关可以实现跳闸报速断事件，对应的动作时间大致为80 ms，1号开关并没有任何动作，3、4、5、6号出现开关报失压跳闸现象[7]。

（5）对1级开关和2级开关之间出现短路的情况进行测试。假如该环节保护正常并且存在防越级功能。把2级的2号保护、4级的4，5，6号电流互感短路，这样不存在电流。把继保测试装置对应的开关输入端和1级1号开关的保护接点进行连接，这样能够对2号开关的动作时间进行测试。操作继保测试设备通过A，N能够输出直流电，电压值为24 V，可以输送指令给J2，这时J2动作，常开触点闭合，从而使的大电流发生器工作。与此同时1级保护器级保护器能够同时对电流进行检测，假如系统设置有防越级跳闸功能，那么相应的2级2号保护器能够给保护器可以直接发出速断分闸指令，不仅可以直接切断中间继电器J1电源，而且能够给继保测试设备发出停止计数的指令。

试验结果：经过测试发现，仅有1级1开关可以实现跳闸报速断事件，对应的动作时间大致为80 ms，1号开关并没有任何动作，2、3、4、5、6号出现开关报失压跳闸现象[8]。

3 结束语

本文通过模拟矿井突发供电事故时，越级跳闸现象是否发生，进而来检验了矿井防越级跳闸措施的可靠性。分析了试验过程与结果，试验结果表明：该种试验方法具有较高的准确性与可靠性，应用该方法能第一时间发现矿井供电系统存在的越级跳闸隐患，可为越级跳闸故障的防范提供参考。总之，借助该种试验方法有助于进一步提高矿井供电系统运行的连续性、可靠性，此种试验方法后期指定推广与应用。