矿用高压隔爆开关越级跳闸现象的分析和防治

郭 擘

（晋城乾泰安全技术有限责任公司， 山西 晋城 048000）

引言

安全供电是煤矿安全生产的重要保障，安全供电的基础是供电系统中各种设备的安全完好，特别是各种保护装置齐全、可靠、灵敏。由于煤矿井下环境复杂，当越级跳闸发生就会造成本级或上级变电所大面积停电，使工作停滞；更危险的是如果是通风、排水线路，就会使得井下瓦斯剧增，排水困难，更加大了发生爆炸和渗水引起塌方的风险，造成严重后果。

1 越级跳闸形成的原因分析

1）电力设置系统问题。

一般来讲，越级跳闸是由于短路引起的。短路是电流突然增大的过程，电流由小变大所用时间很短，短路点距离最近保护应最先动作，断开问题线路，避免大面积停电的恶性事故。

对于地面入井线路控制开关有小延时（一般为0.5 s 左右）井下供电系统，一般通过上、下级继电保护器保护时间设置级差配合来保证选择性，避免发生越级跳闸现象。现有高爆开关固有分闸时间典型值小于70 ms，则保护判断时间与保护出口时间的大小就非常关键了。如果保护判断时间与保护出口时间为不大于30 ms，则高爆开关总跳闸时间不超过100 ms。由图1 可知，6 号开关速断保护延时设为0；4、5 号开关速断保护延时设为150 ms；2、3 号开关速断保护延时设为300 ms；则1 号开关速断保护延时设为450 ms 或500 ms。但是，上下级不同品牌的继电保护装置选型不合理，电流保护的时间极差难以配合，越级跳闸是不可避免的。

图1 供电系统简图

而在煤矿井下输电线路保护过程中，35 kV 变电站初设短路速断保护跳闸时间为0，而为了确保快速排除故障，一些煤矿单位会直接将保护定值的上、下级时限差设置为0 时，这样就使得保护失去了选择性。

更为主要的原因是由于输电线路较短，线路容量大，使得无论短路发生在哪一段测得的短路电流几乎相同，由于各矿的条件不同，很难保证单靠保护定值的设定配合，这样就不可避免地要发生越级跳闸。

2）矿用高压隔爆开关故障，设备维护保养不及时或流于形式。

作为起故障阻断作用的矿用高压隔爆开关，其继电保护装置控制真空断路器作用，当靠近使用端发生过载或过负荷时应能根据使用设定定值及时间，达到切断故障端，不使故障扩大的目的。但由于井下使用条件恶劣，安装接触不良等引起的继电保护装置故障，断路器不能正常分、断，使得线路中过载或过负荷集聚造成其他开关越级跳闸现象；还有电流、电压互感器故障或误差过大引起的继电保护装置误动作越级跳闸。这些不仅造成不必要的经济损失，还会对事故原因及故障端处理造成困难。在从事高压隔爆开关继电保护检测工作中，就曾经出现过继电保护整定值、整定时间检测正常；但做传动试验项目时真空断路器故障不能分闸，但高压隔爆开关的继电保护提示的故障报文正常；将真空断路器修理正常后，试验正常进行。后经确认此节点线路出现过进线高压隔爆开关、所属配电室内高压隔爆开关和下路配电点高压隔爆开关不明故障点保护跳闸的现象，一直没有找到故障点。对于井下高爆开关的维护保养仅停留在清理灰尘，更换干燥剂，更换不能正常工作的部件。

3）操作、管理人员素质良莠不齐，对设备管理混乱。

检测现场经常出现高爆开关保护设备比较先进，但多项保护功能未能设置定值投入使用；高爆开关不同厂家、不同生产批次、不同继电保护装置的同线路路别混用；保护定值设置不合理，有些使用人甚至不了解井下继电保护装置与井上开关柜继电保护装置的不同。这些人为使用不当都是造成矿用高压隔爆开关的越级跳闸的诱因。

2 在检测工作实践中防止越级跳闸的具体措施

1）大部分短路越级跳闸都是由电力电缆短路造成的。矿井应严格按照《煤矿安全规程》等规范要求选用和敷设井下用矿用电力电缆，避免因外力磨损、机械损害、潮湿等井下作业条件引起的短路事故，从而避免发生越级跳闸。应加强定期巡检、对煤矿在用电力电缆进行电气安全检测检验，及时发现问题，以避免短路事件的发生。

2）通过设计方面的改变,为特定用电区域进行独立供电，满足安全防护的要求；对通风泵站、排水泵站实行双回路供电设计，在使用中应在双回路上合理分配负荷；当发生短路、过负荷、过载越级跳闸故障时，保证有一回路能负担负荷，避免越级跳闸造成的大范围停电危害。

3）合理利用现有资源，优化各配电点、变电所矿用高压隔爆开关的使用。对于新建矿井来说，应尽可能使用相同型号的高压隔爆开关，这样才能保证高压隔爆开关设备保护跳闸时间的一致性；对于老旧矿井新增设备与原有设备的使用应满足终端6 号矿用高压隔爆开关跳闸时间灵敏度优于5 号优于4 号优于3 号优于2 号优于1 号。在从事矿用高压隔爆开关继电保护检验检测工作中经常会发现中央变电所用高压隔爆开关保护性能（固有保护跳闸时间）优于同路采区变电所或终端配电点的现象。由于矿井同定值设定时间级差为零，电缆线路较短，经常会出现不明原因的越级跳闸现象。

4）应对矿用高压隔爆开关继电保护装置进行系统的合理改造和升级，从而降低越级跳闸现象的发生。对于经常发生越级跳闸的矿井其原因可能是多样的，如果没有实时监控，有时很难找出问题线路及原因。随着科技的进步和技术的成熟，现在的智能保护设备满足在短路、过流、超负荷、漏电、欠电压等方面的情况下实现自主保护，能实施实时监控，且具有远程操控的功能。

5）提升操作、管理人员素质，加强设备的维护保养，定期开展检验检测工作。提升操作、管理人员素质是每个企业的必修课，必须根据各个企业的特点，提升员工的素质，管理人员尤为重要。外部培训和内部培训相互结合，目的是提升人员处理和解决问题的能力。在设备维护保养方面，应与定期开展检测检验工作相结合。及时发现设备的问题并进行处理。严格执行《煤矿安全规程》中规定，及时发现设备缺陷，防止越级跳闸的发生[1-3]。

3 结语

煤矿井下发生越级跳闸的原因有很多，有人员、设备、环境等各种原因。要防止矿用高压隔爆开关越级跳闸的发生，首先，需要严格按照《煤矿安全规程》等规范的要求，做好相关防护措施；其次，要切实提升操作、管理人员素质，减少人为因素引起的越级跳闸；再次，及时更新矿用高压隔爆开关智能化继电保护装置的使用，升级控制装备，在井下电网安全使用和规避越级跳闸的风险等方面更具有智能化和可操作性；最后，重视第三方检测检验的重要性，矿用高压隔爆开关定期试验能及时发现继电保护装置和真空断路器的缺陷和问题为防止越级跳闸起到了至关重要的作用。