煤矿供电越级跳闸监控系统应用分析

周术禹

摘要：煤矿供电系统出现的越级跳闸现象，降低了煤矿供电稳定性，影响煤矿采掘机电设备的正常供电。为了避免煤矿供电事故的发生，提出了供电越级跳闸监控系统，分析了该系统结构的组成及工作原理。通过实践应用效果来看，该系统故障率低、应用效果好，有效阻止了煤矿供电越级跳闸现象，供电事故率降低了32%，全年可节约电费达127万元，取得了显著的应用成效。

关键词：煤矿供电;越级跳闸;监控系统;应用分析

中图分类号：TD61 文献标志码：A 文章编号：1009—9492（2021）03—0245—02

0引言

供电系统是煤矿的重要组成部分，随着煤矿机械化水平的提高，供电系统在煤矿生产中起着重要作用。随着煤矿生产能力的提高，矿井采掘区域范围扩大，矿井内机电设备数量增多，矿井供电线路分布区域广、线路长，导致矿井供电系统负荷增加，短路现象严重，矿井供电系统经常出现越级跳闸现象，一旦发生越级跳闸事故，不仅降低供电系统稳定性，加大电能损耗，增加供电系统检修维护难度，而且很容易发生重大煤矿供电事故，如变压器、开关烧毁、电网烧毁等。我国煤矿供电系统传统方式主要通过安装继电保护器进行供电稳压控制，但是由于受机电保护器质量、安裝工艺、保护装置结构性能以及供电系统监控自动化水平限制，煤矿供电系统越级跳闸故障无法从根本上消除。

某公司随着矿井不断开拓延伸，矿井采掘工作面数量增大，导致矿井内机电设备数量增加、供电线路延长以及供电网范围扩大，在实际生产过程中，该煤矿对变电所上下级主要采用继电保护实现矿井正常稳定供电，但是由于井上下变电所采用不同型号的保护器，保护器整定值无法统一，当发生电路短路时很容易发生供电系统越级跳闸现象。根据统计分析发现，2019年1-7月，矿井供电系统共计发生9次越级跳闸故障，矿井停产19h，采区变电所高压隔爆开关烧毁4台，造成煤矿经济损失150余万元;供电系统越级跳闸故障不仅影响着煤矿安全稳定生产，增加了矿井经济损失，而且很容易发生重大煤矿机电事故。对此，决定对矿井供电系统安装一套供电系统越级跳闸监控系统。

本文通过分析供电越级跳闸监控系统的结构组成及工作原理，对煤矿供电系统实施越级跳闸监控、故障处理，对进一步提高煤矿供电稳定性具有重要意义。

1煤矿供电越级跳闸监控系统结构及工作原理

1.1系统结构组成

系统结构组成如下。

（1）该煤矿主要采用KJ698供电越级跳闸监控系统，该系统是矿井供电系统中独立存在的一套子系统，主要由DSI5111K地面保护装置、DSI5711保护控制器、KJ698-F通讯分站、IDA9000监控主站及以太网等部分组成。

（2）该系统最核心的部件为保护装置与保护控制器，分路发生故障后主要是通过保护装置来避免影响主线;保护装置还能将供电系统的选择性漏电确定在某段，该装置能够对所有采集的数据进行分析并执行保护动作。保护装置之间的横向传输及保护装置与后台的纵向传输均通过环网作为介质。

（3）通讯分站内安装备用电源与环网交换机，能够对井下环网的5路光信号机30路电信号进行传递，还可以加装3路RS口来实现低压保护信号传输，数据可以通过接口进行上传。

（4）监控主站主要包括地面变电所、井下变电所、各掘进配电点、综采皮带头、避难硐室等全矿供电系统。监控主站主要由集控中心的主机与监控分站组成，同时利用无人值守系统能够简化监控分站，集控中心的主机安装在调度机房内，由多台计算机进行控制，通过环网与矿井其他智能化系统实现数据交换。

1.2系统工作原理

系统工作原理如下。

（1）为了能够确保井下供电系统的稳定性，地面变电站通常将速断保护设置成无延时。这是由于井下电缆的长度较短，与负荷侧变电站的电流保护会出现动作区重合，这样就失去了选择性，如图1所示。

（2）KJ698供电越级跳闸监控系统采用GOOSE技术对各保护测控设备间的信息进行快速交换，通过馈出线保护动作信号与变电站保护动作信号能够实现线缆的速断保护功能，以此来实现选择性保护动作。

（3）当供电线路发生故障后会产生较大的短路电流，造成线缆末端无法靠电流定值来实现选择性，所有电流保护装置在30 ms内均打开速断保护，向上一级发出闭锁信号，同时监测下一级闭锁信号是否发出。当系统监测到闭锁信号后将速断出口闭锁，从而避免越级跳闸，这个判断过程的时间需在20ms内，即故障在发生到判断出故障位置的时间不得超过50 ms，断路固有时间经过70 ms后能够将故障切除，这个过程能够在120ms内完成。

2煤矿供电越级跳闸监控系统优缺点及应用效果分析

2.1系统优缺点

煤矿供电越级跳闸监控系统的优缺点如下。

（1）矿井智能化防越级系统能够大大提高矿井供电系统的稳定性，同时利用先进的数据通信技术，在故障发生的瞬间采取上、下级锁模式，实现供电线缆的纵向选择性保护。

（2）系统采用IEC技术及智能定位法，实现供电系统智能化控制，同时采用FA软件、环网及先进的通讯技术将井下所有的保护装置形成横向通讯。该系统还有扩容接口，能够与其他设备相互连接，提高系统的开放性。保护装置通过环网进行数据传输，具有数据传输快、接口范围广、结构加单、兼容性好，能够很好地适用于矿井供电设备的相互传输。

（3）该系统能够将开关的运行状态及参数实时显示在屏幕上，并对开关检测到的故障进行报警。

（4）采用该系统后在供电设备内部安装大电容，能够确保开关断电后，内部的保护装置能够在失去上级电源后仍然工作1min，保护装置能够在这1mim内完成所有数据的上传。

（5）采用该系统后，井下高压开关安装检修按钮，将检修按钮与地面集控中心相连，实现井下开关与地面相互闭锁，从而提高供电工作的安全性。

（6）该系统在实际应用中还存在一些不足，主要表现在以下几方面：①该系统主要利用工业以太网进行信息传输、指令发送等，由于受电气设备高次谐波影响，工业以太网出现失真现象，不利于数据快速、高效传输;②由于矿井在生产期间产生高浓度粉尘，导致安装在大巷、工作面的监控分站、保护器内聚集大量粉尘，降低了装置使用寿命，需定期进行清理。

2.2实际应用效果分析

2020年2月12日，该煤矿对矿井供电系统安装了KJ698供电越级跳闸监控系统，截2020年7月，通过6个月的实际应用效果来看，该系统在实际应用中具有动作保护灵敏可靠、系统故障率低等优点。该系统安装后，矿井在后期生产过程中未出现供电系统越级跳闸故障，供电事故率由原来的36%降低至4%以下，提高了煤矿供电系统的稳定性，全年可节约供电成本费用以及设备维修费用约127万元。

3结束语

本文提出了供电越级跳闸监控系统，分析了该系统结构的组成及工作原理。某煤矿在井下原供电系统的基础上进行优化与构建，采用了供电越级跳闸监控系统，该系统主要采用IEC61877的GOOSE通信技术，系统具有自动化水平高、实用性强、覆盖区域广等优点。对供电系统实时进行监控、故障检索等保护动作，当供电系统发生短路故障时，利用系统中上下级闭锁模式可及时切断故障点最近开关，从而避免供电系统越级跳闸现象，杜绝矿井供电系统越级跳闸导致大面积停电事故发生的现象，有效保证了煤矿采掘生产安全，取得了显著的安全效益和经济效益。