煤礦井下高壓供電系統(tǒng)越級跳閘的預(yù)防

李 麗

0 引言

煤礦井下某處高壓發(fā)生短路故障時，往往地面的35 kV 變電站10 kV（或6 kV）母線側(cè)的高壓開關(guān)柜或其井下上級高爆開關(guān)動作，而控制發(fā)生故障線路的高爆開關(guān)不提前動作，導(dǎo)致井下大面積停電。這種煤礦井下高壓越級跳閘的現(xiàn)象時有發(fā)生，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來很大的隱患。

煤礦井下高壓越級跳閘影響范圍大，延長了故障排除和供電恢復(fù)時間。事故發(fā)生以后，因為不能在短時間內(nèi)確定故障點而恢復(fù)供電，有可能引起瓦斯超限或影響井下排水系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，從而可能導(dǎo)致井下更嚴重事故的發(fā)生，直至威脅到井下工作人員的生命安全，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來較大的危害。為此，必須對此進行分析研究，提出合理的解決辦法。

1 煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘原因分析

1.1 供電級數(shù)多、半徑小，電流整定配合困難

煤礦井下高壓供電網(wǎng)絡(luò)多采用縱向逐級控制干線式供電網(wǎng)絡(luò)，每段電纜長度較短（一般在60 m～1 500 m），這就造成了各段線路的首、末兩端間的短路電流幅值相差不大，甚至出現(xiàn)電纜首端最小兩相短路電流的幅值小于電纜末端的最大三相短路電流的幅值，這就使速斷保護的保護范圍很小甚至為零，從而使得靠鑒別電流幅值的短路保護方式難以滿足其縱向選擇性的要求[1]。

有的供電線路雖然較長，但是由于末端負荷大、電纜截面大，發(fā)生短路時上下級的電流值相差也不大，很難實現(xiàn)上下級高爆開關(guān)的速斷配合。由于下級的短路造成上下級之間在整定值上雖有級差卻很難起到級差作用，電流很大甚至達到上級高爆開關(guān)的短路保護整定值，從而發(fā)生下級短路時上下級開關(guān)搶跳甚至越級跳閘的現(xiàn)象。

1.2 高爆開關(guān)機構(gòu)配置不合理

隨著煤礦開采的不斷深入以及技術(shù)的不斷發(fā)展，井下所用的高爆開關(guān)的數(shù)量和型號也在不斷增加，這就對用戶提出了更高的要求。

1.3 電磁式的電流互感器的誤差

由于鐵芯磁特性的非線性，在鐵芯磁特性的線性段，一次電流與二次電流近似為線性關(guān)系，當一次電流進入鐵芯非線性段，由于鐵芯磁場強度飽和，勵磁電流劇增，造成二次電流有很大的誤差。實際測試時發(fā)現(xiàn)，由于電流互感器容量小，超過10%誤差曲線范圍，一次電流達到整定值，反映到二次達不到整定值，造成保護拒動和誤動。一般開關(guān)：整定值的誤差≤±10%。

1.4 煤礦井下所使用的高爆開關(guān)固有動作時間問題

由于煤礦井下環(huán)境的特殊性等，容易造成高爆開關(guān)的動作機構(gòu)卡澀、不靈活，從而使開關(guān)的固有動作時間差異性大，以至于上級高壓開關(guān)動作快于下級的開關(guān)，造成井下發(fā)生越級跳閘的現(xiàn)象。

1.5 電流保護時間級差無法配合

由于井下饋線供電線路級數(shù)很多，按照通常0.5 s 的時間級差無法實現(xiàn)井下饋線供電線路級數(shù)多的過電流保護時限配合。煤礦35 kV 進線系統(tǒng)一般要求其10 kV（或6 kV）系統(tǒng)過電流配合時限為1.5 s，按照0.5 s 配合只能配合3 級供電線路；對于超過3級以上供電線路出現(xiàn)過電流保護時限不配合的情況，不能靠增加時間級差實現(xiàn)各級線路短路保護的整定配合，也可能造成煤礦井下越級跳閘現(xiàn)象[2]。

1.6 煤礦井下高壓供電系統(tǒng)高壓防爆開關(guān)的操作電源回路不獨立

某回路高壓線路發(fā)生短路故障時，有可能導(dǎo)致上級變電所母線壓降劇增，從而可能導(dǎo)致部分開關(guān)交流操作電源回路的欠電壓釋放繼電器動作，非故障回路的斷路器可能瞬時動作，造成電流保護失效，線路保護無選擇性瞬時動作，擴大了停電事故的范圍[3]。

1.7 其他

系統(tǒng)諧波隨整流及自動化設(shè)備的增多，其危害也突顯出來；長時間運行使得操作機械磨損，也可能是造成高壓越級跳閘的原因。

2 煤礦井下電網(wǎng)越級跳閘的預(yù)防措施

2.1 加強技術(shù)管理

嚴格按照周期對電氣設(shè)備保護參數(shù)進行理論計算和校驗，線路負荷變化后及時調(diào)整電流整定值，確保保護裝置的動作靈敏可靠。優(yōu)化煤礦地面與井下的整定配合方案，地面可適當放大速斷保護定值，同時盡量縮短過流保護時限定值，使入井回路電纜與采區(qū)保護實現(xiàn)分段保護；在滿足設(shè)備運行的前提下，井下盡量縮小速斷保護定值，并且保證保護配合。

2.2 加強日常電氣管理

不斷優(yōu)化供電系統(tǒng)，減少不合理供電。加強電纜管理，提高電纜吊掛和電纜接頭合格率，減少電纜事故。加強對電氣設(shè)備的日常定檢工作，及時發(fā)現(xiàn)電氣隱患，保證設(shè)備的完好率。系統(tǒng)阻抗變化時要及時整定，如對電流互感器進行試驗鑒定，更換不合格的電流互感器。由于高爆開關(guān)固有動作時間不等，必須加強開關(guān)檢修管理，防止機構(gòu)卡澀等現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 選用新型高性能的高爆開關(guān)或優(yōu)化電流保護動作機構(gòu)線路

選擇永磁式操作機械類型高爆開關(guān)，或改變原BGP 型開關(guān)電流保護動作時間，將通常綜合保護的采樣、處理、輸出等冗余環(huán)節(jié)作為后備保護，增加DL 型電流繼電器作為短路主保護，提高動作的可靠性。

2.4 新技術(shù)應(yīng)用

2.4.1 縱向差動短路保護

通過比較主線路和分支線路電流幅值的大小來判斷故障點是否在保護區(qū)內(nèi)，從而保證動作的縱向選擇性，實現(xiàn)短路保護的選擇性。

2.4.2 光纖數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

光纖數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是將光纖通信、數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合在一起，數(shù)字信號失真不沿線積累，傳輸距離遠，抗干擾能力強。

2.4.3 礦用智能保護器

采用點對點光纖通信網(wǎng)絡(luò)的光纖縱差保護取代速斷過流保護為主的保護。就是將礦用智能保護器安裝于井下采區(qū)變電所以及工作面配電點處的高爆開關(guān)內(nèi)，就地采集模擬量，輸入量信息數(shù)字化后通過點對點光纖網(wǎng)絡(luò)上傳至位于中央變電所的礦用隔爆型光傳輸接口，同時接收地面集成保護測控主機下發(fā)的跳、合閘控制命令并執(zhí)行。

礦用隔爆型光傳輸接口主要功能是將多芯光纖集成四芯光纖上傳同步采樣信息給地面集成保護測控主機；接收集成保護測控主機下發(fā)的控制命令并轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的礦用智能保護器。

3 結(jié)語

越級跳閘是影響煤礦安全供電的一個重要因素，一旦發(fā)生此類事故，危害大、影響范圍廣，其中既有人為的原因，也有技術(shù)方面的問題。通過對井下越級跳閘原因的分析，并提出預(yù)防措施，對煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

[1]高友權(quán).配電系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2005：73-105.

[2]韓天行.微機型繼電保護及自動化裝置檢驗調(diào)試手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2008：30-35.

[3] 吳文瑕，陳柏峰，高燕. 井下電網(wǎng)越級跳閘現(xiàn)象的研究及解決建議[J] . 工礦自動化，2008，6 （12）：136-138.