煤矿供电系统越级跳闸问题研究

煤矿供电系统越级跳闸问题研究

郑庆乐

天地（常州）自动化股份有限公司 江苏 常州 213015

摘要：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。鉴于此，本文主要分析煤矿供电系统越级跳闸问题。

关键词：煤矿供电系统；越级跳闸；问题

中图分类号：TU75 文献标志码：A

1、引言

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。

2、煤矿供电越级跳闸监控系统结构

（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。

3、发生越级跳闸现象的问题与因素

3.1、阶段式过电流保护

当前，煤矿供电系统对用电安全的保护方式未继电保护，即采用阶段式电流保护。其对电力系统电流的保护分为三阶段式，包括过电流保护、限时快速熔断、零时限速熔断。在电力系统中，不同部位采取的保护方式不同。终端电路需要过电流保护和电流速断保护；源进出线需要定限时速断保护和零时限速断保护，不同的保护共同作用，使电力系统正常工作

电力系统中的限时电流速断保护包括2个内容，上级和下级时间差配合、流整定值的配合。2个保护方式的内容共同作用，使得系统的选择性和灵敏性得到保证。煤矿井下电力系统线路较短，对其进行保护较大程度上依赖上时间级差。如果下一级的线路熔断保护时间为0s，上级在该时间的基础上增加一个Δt的熔断时间，这样熔断时间的范围在0.3~0.5s之间，考虑电力系统特点，通常取0.5s。这样，电力系统在两级安全保护的条件下，能够避免故障的发生，完成电力系统保护，如图1所示。

图1限电流保护分级定时熔断时限图

3.2、煤矿电力系统保护分析

煤矿电压35kV变电所6kV线路采用三段式过电流保护，零时限速断保护在电力系统I段，该段线路依据电流最大值设计。如图1中DL-2保护大于母线端C最大短路电流，提高电力系统可靠性，采用可靠的电流熔断装置；电力系统II段采用限速断保护，使得电力系统的全部系统可以得到保护，电流值设定为最小短路电流系数，可以保护电流系统安全。根据用电部门安全使用要求，动作时需要小于6kV总开关，为了避免大面积停电故障，影响矿井安全正常生产；电力系统III段为过电流保护，用于最大负荷电流保护，保证电力系统正常工作，需要通过各个电力保护部分的结合来实现。

4、越级跳闸解决方案

4.1、智能网络继电保护技术的应用

智能网络断电安全保护，与其所具备的通信实时功能相结合，有效增强了继电安全防护性，特别是继电安全防护及独立安全监测方面，打破技术传统，在短路障碍出现时，结合通信实时技术与保护器及时完成信息的传递交换形成一体，对障碍点进行精准判定、分析，然后合理选择防护办法，实现系统智能化安全保护，保障防越级跳闸安全保护的稳定可靠，使分段级过长延时造成跳闸故障得以解决，实现全网电路速断实时保护。

4.2、为防爆安全开关设计专用后备供电电源

为解决供电线路控制开关发生障碍的时候，保护安全装置由于欠缺稳定长效的电源影响保护功能，可以利用在防爆安全开关防护器内配置的不间断专用后备保护电源，当开关出故障的时候防护器能正常运行，可以防止开关保护控制电源发生故障引起电路出现中断，防止控制器开关失效导致开关发生误动及失效，从而实现越级跳闸的预防作用。另外，选择不间断、稳定的电源后备配置，对于保护安全开关装置的抗干扰性能有较大提高，对因受电磁的干扰而造成误动产生跳闸的状况。

4.3、为防爆安全开关设计专用后备供电电源

使用CPU并行应用技术，可以实现通信、显示、保护、联机等模块功能同步处理、控制，有效增强了线路安全保护的可靠性和及时性，特别实现了高速多路保护，极大缩减了系统保护反应的时间。提高对转换器A/D的独自测频、同步高速、自动采样跟踪等功能的应用，使采样的周期性精确度、判断故障的准确性有效提高。整个过程选用主动式通信高速接口，保证了故障实时信息的有效传递，使线路实时高精准检测和保护得以实现。

4.4、选择纵差光纤排除越级跳闸故障

纵差光纤通过地面的供电线路设计方案，将其在煤矿井下供电线路的设备中合理使用，能够实现对井下煤矿内部电压电流情况变化有效监控，并使其避免造成设备破坏引发安全突发事故，从而保证工作人员安全，避免由于误报警导致越级跳闸的故障，有效保障煤矿作业安全、稳定运行。

5、结束语

近年来,煤矿开采的资金投入加大，煤矿安全问题得到有效缓解。但煤矿供电系统仍然会出现故障，停电事故的发生导致煤矿生产延误，造成经济损失，甚至大面积停电威胁井下工作人员的安全。为此，需要开展电力系统防“越级跳闸”的问题研究，排除线路故障的发生，保证矿井的安全生产。因此，本文的研究也就显得十分的有意义。

参考文献：

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[3]肖正炜.煤矿供电系统防越级跳闸技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2014(06):191+200.

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