煤礦井下供電越級(jí)跳閘事故的原因及應(yīng)對(duì)措施

★賈永峰（山西潞安集團(tuán)潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司）

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煤礦井下供電越級(jí)跳閘事故的原因及應(yīng)對(duì)措施

★賈永峰
（山西潞安集團(tuán)潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司）

【摘要】本文結(jié)合工作實(shí)際，從煤礦井下供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘事故的原因出發(fā)，并著重就越級(jí)跳閘事故的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了研究與探索。

【關(guān)鍵詞】煤礦井下；越級(jí)跳閘；事故原因；應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)井下供電系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生短路或其它故障時(shí)，因保護(hù)整定不當(dāng)、保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)等問(wèn)題，而導(dǎo)致的本級(jí)斷路器不跳閘，而上級(jí)斷路器跳閘的現(xiàn)象，即被稱(chēng)為越級(jí)跳閘。當(dāng)煤礦井下供電系統(tǒng)發(fā)生越級(jí)跳閘事故時(shí)，不僅將導(dǎo)致井下大面積停電，而且嚴(yán)重影響到煤礦的正常、安全生產(chǎn)，屬于一種重大電氣安全隱患。為此，必須采取有效的事故應(yīng)對(duì)措施，以盡量避免越級(jí)跳閘事故的發(fā)生。

一、煤礦井下越級(jí)跳閘事故的發(fā)生原因

（一）整定值偏大

我國(guó)煤礦井下所采用電氣設(shè)備，其短路保護(hù)裝置多為瞬時(shí)短路保護(hù)裝置（繼電器），且井下同一等級(jí)供電系統(tǒng)的供電距離較小。由于繼電器均是根據(jù)避開(kāi)尖峰工作電流的原則進(jìn)行保護(hù)整定的，往往電流整定值偏大。因此無(wú)論哪一電壓等級(jí)供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，繼電器都可能出現(xiàn)誤動(dòng)作，而引發(fā)越級(jí)跳閘事故。目前，繼電器保護(hù)整定值偏大，也是導(dǎo)致井下供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘事故的最主要原因。

（二）整定值刻度與實(shí)際動(dòng)作電流值不符

由于繼電器的動(dòng)作為彈簧變質(zhì)的動(dòng)作過(guò)程，其電流整定值刻度有可能與實(shí)際動(dòng)作電流值有著較大的差距。如果在繼電器安裝時(shí)沒(méi)有進(jìn)行校驗(yàn)，在運(yùn)行中又沒(méi)有按照規(guī)程進(jìn)行定期檢查，這很可能導(dǎo)致繼電器實(shí)際動(dòng)作電流超過(guò)短路電流值。當(dāng)井下供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障以后，繼電器就會(huì)因拒動(dòng)而引發(fā)越級(jí)跳閘事故。

（三）繼電器動(dòng)作失效

如果繼電器在運(yùn)行過(guò)程中，因缺乏定期的維護(hù)、檢查以及預(yù)防性試驗(yàn)，且繼電器動(dòng)作機(jī)構(gòu)又長(zhǎng)期沒(méi)有動(dòng)作，這都可能導(dǎo)致其傳動(dòng)部分失靈，而不會(huì)正常動(dòng)作。尤其是煤礦井下因空氣潮濕原因，很容易引發(fā)繼電器出現(xiàn)機(jī)械故障問(wèn)題，而導(dǎo)致越級(jí)跳閘事故。

二、煤礦井下供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘事故的應(yīng)對(duì)措施

（一）采用帶有延時(shí)動(dòng)作的繼電器裝置

帶有延時(shí)動(dòng)作的繼電器，是指當(dāng)井下供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，繼電器裝置的保護(hù)動(dòng)作不立即進(jìn)行，而是經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)才開(kāi)始動(dòng)作，例如：GL型反時(shí)限過(guò)電流繼電器就是這種裝置的典型代表。

采用這種繼電器裝置，它的電磁式部分起到速斷作用，而感應(yīng)式部分則能發(fā)揮出后備保護(hù)的作用，從而有效避免越級(jí)跳閘事故的發(fā)生。根據(jù)煤礦井下以及斷路器動(dòng)作的具體情況，這種繼電器裝置延時(shí)時(shí)間通常設(shè)定為0.2~0.5s。

（二）采用選擇性限時(shí)保護(hù)方案

由于煤礦井下供電系統(tǒng)因技術(shù)性或經(jīng)濟(jì)性因素，其供電網(wǎng)絡(luò)多為100m~1500m的短電纜所構(gòu)成的縱向電網(wǎng)。由于這類(lèi)供電系統(tǒng)電網(wǎng)的供電距離較短，導(dǎo)致依靠整定值幅度進(jìn)行鑒別的繼電器短路保護(hù)很難滿足選擇性保護(hù)的要求。為盡量避免越級(jí)跳閘事故的發(fā)生，井下供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采取選擇性限時(shí)保護(hù)方案。該方案主要包括了選擇性聯(lián)鎖速斷保護(hù)方案以及選擇性邏輯判斷速斷保護(hù)方案兩種。

（三）選擇性聯(lián)鎖速斷保護(hù)方案

選擇性聯(lián)鎖速斷保護(hù)方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如下圖1所示。在該方案中，斷路器均采用的是反時(shí)限過(guò)流保護(hù)以及短延時(shí)速斷保護(hù)。井下供電系統(tǒng)考慮到日常生產(chǎn)中危險(xiǎn)因素較多，可將延時(shí)保護(hù)的時(shí)間設(shè)置為0.2s左右，地上供電系統(tǒng)則延時(shí)保護(hù)時(shí)間一般設(shè)置為0.5s。

圖1　選擇性聯(lián)鎖速斷保護(hù)方案示意圖

如上圖1所示，該保護(hù)方案的動(dòng)作過(guò)程為：

①當(dāng)K3點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，繼電器保護(hù)1、保護(hù)2和保護(hù)3啟動(dòng)，其中動(dòng)作機(jī)構(gòu)DK3瞬時(shí)閉鎖DK2，DK2瞬時(shí)閉鎖DK1。在0.2s以后，如果3QF跳閘且解故障，則繼電器保護(hù)2與繼電器保護(hù)1返回，2QF與1QF不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)問(wèn)題。如果3QF沒(méi)有跳閘動(dòng)作，則DK3對(duì)DK2的閉鎖被解除，則DK2不會(huì)發(fā)出跳閘命令，2QF也不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。

②當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，繼電器保護(hù)1、保護(hù)2啟動(dòng)，其中動(dòng)作機(jī)構(gòu)DK2瞬時(shí)閉鎖DK1。在0.2s以后，如果2QF跳閘且解除故障，則繼電器保護(hù)1返回，1QF不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)問(wèn)題。如果2QF沒(méi)有跳閘動(dòng)作，則DK2對(duì)DK1的閉鎖被解除，則DK1不會(huì)發(fā)出跳閘命令，1QF也不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。

③當(dāng)K1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，在0.2s以后，1QF跳閘并解除故障。

在該保護(hù)方案中，繼電器的短延時(shí)速斷保護(hù)作為主保護(hù)方案，而反時(shí)限后備保護(hù)則作為備用保護(hù)。通過(guò)這種方案設(shè)計(jì)，能使繼電器得到合理整定，以有效避免整定值偏大，或者整定值刻度與實(shí)際動(dòng)作電流值不符的問(wèn)題發(fā)生。其中，圖中動(dòng)作機(jī)構(gòu)DK3、DK2、DK2均是沿著供電系統(tǒng)線路設(shè)置選擇性聯(lián)鎖控制線路，且各繼電保護(hù)1~3均具備延時(shí)跳閘保護(hù)功能。因此，當(dāng)短路故障發(fā)生在下級(jí)線路中時(shí)，本級(jí)線路中繼電器剛開(kāi)始延時(shí)，其聯(lián)鎖控制單元就將發(fā)生閉鎖，從而避免了繼電器的誤動(dòng)作，而不會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘事故。

（2）采用選擇性邏輯判斷速斷保護(hù)方案

選擇性邏輯判斷速斷保護(hù)方案，如下圖2所示。在該方案中，斷路器均采用的是反時(shí)限過(guò)流保護(hù)以及短延時(shí)速斷保護(hù)，并設(shè)置有微機(jī)處理單元以繼電器的邏輯判斷功能。井下供電系統(tǒng)的延時(shí)保護(hù)的時(shí)間設(shè)置為0.2s左右，地上供電系統(tǒng)則延時(shí)保護(hù)時(shí)間一般設(shè)置為0.5s。

圖2　選擇性邏輯判斷速斷保護(hù)方案示意圖

如上圖2所示，該保護(hù)方案的動(dòng)作過(guò)程為：

①當(dāng)K3點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，繼電器保護(hù)1、保護(hù)2和保護(hù)3啟動(dòng)，在0.1s以?xún)?nèi)微機(jī)處理單元CS3 和CS2均發(fā)出高位信號(hào)到CS1。然后由微機(jī)處理單元CS1判斷K3是否真正出現(xiàn)短路故障，并向CS3發(fā)送跳閘指令，然后3QF開(kāi)始跳閘動(dòng)作

②當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，繼電器保護(hù)1、保護(hù)2啟動(dòng)，在0.1s以?xún)?nèi)微機(jī)處理單元CS2發(fā)出高位信號(hào)到CS1。然后由微機(jī)處理單元CS1判斷K2是否真正出現(xiàn)短路故障，并向CS2發(fā)送跳閘指令，然后2QF開(kāi)始跳閘動(dòng)作

③當(dāng)K1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，CS3不發(fā)送跳閘指令，1QF跳閘并解除故障。

（3）選擇性限時(shí)保護(hù)方案中繼電器的合理整定

在以上兩種選擇性限時(shí)保護(hù)方案中，如采用常規(guī)的避開(kāi)尖峰工作電流的方法進(jìn)行整定，其保護(hù)范圍較小，并不適宜。因此，在該方案中可采用逆向整定的方法，即通過(guò)電力系統(tǒng)線路末端最小兩相短路電路，以及靈敏系數(shù)KL的比較來(lái)確定其繼電器的動(dòng)作電流，具體方程式為：

在上式（1）中Idx和I分別是指各級(jí)繼電器的動(dòng)作電流，以及線路末端最小兩相短路電路，單位均為kA；KL則為靈敏系數(shù)，一般取值為1.5。

三、結(jié)語(yǔ)

煤礦井下供電系統(tǒng)發(fā)生越級(jí)跳閘事故的發(fā)生，將對(duì)煤礦的正常、安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響，必須采取有效的事故應(yīng)對(duì)措施。本文從煤礦井下供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘事故的原因出發(fā)，并提出了采用帶有延時(shí)動(dòng)作的繼電器裝置，以及采用選擇性邏輯判斷速斷保護(hù)方案這兩種應(yīng)對(duì)措施，以此希望能進(jìn)一步控制和避免井下供電越級(jí)跳閘事故的發(fā)生。

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