井下高壓供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的危害、原因和解決方案

周小明

摘 要：本文闡述了煤礦高壓供電系統(tǒng)跳閘對(duì)供電系統(tǒng)和煤礦安全造成的危害，指出了越級(jí)跳閘的原因和解決方案。

關(guān)鍵詞：越級(jí)跳閘；智能配網(wǎng)；解決方案；光纖縱差保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.153

1 煤礦井下越級(jí)跳閘造成的危害

越級(jí)跳閘是指當(dāng)電力系統(tǒng)線路發(fā)生短路、漏電等故障時(shí)，需有該級(jí)預(yù)設(shè)保護(hù)的斷路器進(jìn)行跳閘保護(hù)來切除故障，但因該級(jí)斷路器故障而未跳閘，由上級(jí)或者下級(jí)斷路器跳閘進(jìn)行越級(jí)跳閘。煤礦是一個(gè)高危險(xiǎn)行業(yè)，電力除了用于生產(chǎn)，還是安全設(shè)施設(shè)備正常工作的必要條件。越級(jí)跳閘給煤礦井下供電帶來極大的安全隱患，越級(jí)跳閘可能導(dǎo)致煤礦井下大面積停電，造成煤礦主要通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)使煤礦井瓦斯?jié)舛壬撸咚節(jié)舛壬邥?huì)引起爆炸、燃燒，造成重大傷亡事故。主要通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)還會(huì)使煤礦井下空氣含氧量下降，使井下人員窒息死亡。還可能造成煤礦主排水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使煤礦井下巷道和作業(yè)場(chǎng)所被水淹沒，使煤礦報(bào)廢或造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此解決煤礦井下越級(jí)跳閘對(duì)于保障井下安全具有重大的安全意義和經(jīng)濟(jì)效益。

2 煤礦高壓變電所越級(jí)跳閘的原因分析

2.1 高壓供電線路故障

供電系統(tǒng)短路是造成越級(jí)跳閘的直接原因，線路越長(zhǎng)，起始端和線路末端的短路電流差就越大，電流的變化趨勢(shì)越陡，保護(hù)范圍越大。但是，煤礦井下供電往往是供電線路短，分級(jí)多，當(dāng)線路越短時(shí)，短路電流的變化平緩，速斷保護(hù)整定值往往不能提供可靠的短路保護(hù)，更容易導(dǎo)致越級(jí)跳閘。煤礦供電采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致瞬間電弧放電產(chǎn)生弧光過電壓，勵(lì)磁電流急劇增大，造成電壓互感器燒損保護(hù)元件而導(dǎo)致越級(jí)跳閘。

2.2 繼電器故障引起的越級(jí)跳閘

繼電器機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)錯(cuò)誤或拒動(dòng)，會(huì)造成越級(jí)跳閘。同樣整定值錯(cuò)誤或者定值的漂移、分和閘線圈的損壞、接線方式的錯(cuò)誤、機(jī)械部位的變形、轉(zhuǎn)動(dòng)部位的移位等原因都會(huì)導(dǎo)致越級(jí)跳閘情況的發(fā)生。

3 煤礦高壓變電所越級(jí)跳閘的解決方案

（1）在井下供電系統(tǒng)中，光纖縱差保護(hù)為保護(hù)地面風(fēng)井變電所至中央變電所或中央變電所至采區(qū)變電所的重要負(fù)荷電纜線路，安裝保護(hù)電纜線路兩端的開關(guān)上。保護(hù)裝置的工作原理將兩端的采樣值進(jìn)行對(duì)比，以確定所發(fā)生的故障是在線路內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，從而保護(hù)線路的全長(zhǎng)。差動(dòng)保護(hù)：在線路兩側(cè)裝設(shè)同型號(hào)、同變比、性能完全一樣的電流互感器，電流互感器的二次回路接入相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)的采樣端子上，對(duì)端過來的光纖直接接到裝置上對(duì)應(yīng)的光口上，注意跳纖的收發(fā)。兩側(cè)的微機(jī)保護(hù)裝置一致，電流互感器一樣和接線方式一樣，因此兩端的電流差為0，也就是不存在差流。當(dāng)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，兩側(cè)的電流存在差值，當(dāng)差值達(dá)到定值時(shí)，且超過整定時(shí)間，裝置動(dòng)作，跳開兩側(cè)開關(guān)。對(duì)于區(qū)外故障來說，雖然故障發(fā)生，但是流入裝置的電流方向沒有變化，跟之前的電流方向一致，因此，兩端的差流值沒有變化，理論上為0.此時(shí)裝置不動(dòng)作。

（2）在煤礦供電系統(tǒng)中，我們利用下級(jí)變電站保護(hù)信號(hào)經(jīng)礦井高速以太網(wǎng)快速閉鎖本線路保護(hù)的速斷保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)了快速可靠的特點(diǎn)。智能配網(wǎng)的解決方法是采用光纖網(wǎng)絡(luò)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的原理來實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理是建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)之上。智能配網(wǎng)的解決方法利用光纖通信將輸電線路的各端的點(diǎn)流量及相位信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)的方式連結(jié)起來，并且進(jìn)行相關(guān)比較，從而判斷是本輸電線路是內(nèi)部故障還是外部故障，從而決定是否動(dòng)作切除本線路。礦井地面變電站出線速斷保護(hù)一般采用無延時(shí)設(shè)計(jì)，由于線路主要采用電纜方式且距離并不長(zhǎng)，所以會(huì)和下級(jí)變電站出線或移動(dòng)變電站的電流保護(hù)的動(dòng)作區(qū)重合，從而失去選擇性。智能配網(wǎng)可以利用下級(jí)變電站保護(hù)動(dòng)作或饋出線保護(hù)動(dòng)作信號(hào)快速閉鎖本線路保護(hù)的速斷保護(hù)功能，從而實(shí)現(xiàn)選擇性。智能配網(wǎng)方案屬于可靠性較高的方案。

（3）加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)的維護(hù)和檢修，保證機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)可靠，整定合理，定期對(duì)電磁機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢修和維護(hù)保養(yǎng)。對(duì)機(jī)械部位和連接部位螺絲檢查，定期對(duì)跳閘線圈做動(dòng)作耐壓試驗(yàn)，確保能可靠跳閘，保證整個(gè)電氣回路的可靠性。檢查斷路器分、合閘線圈，線圈完好無損。通過對(duì)繼電器機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)部位檢查，確保機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠，接線良好，接點(diǎn)接觸牢固可靠。定期對(duì)保護(hù)裝置和二次回路做試驗(yàn)，保證繼電器處于良好工作狀態(tài)時(shí)方可運(yùn)行。做好機(jī)構(gòu)性能檢測(cè)工作，避免人為誤操作和檢修不當(dāng)造成機(jī)構(gòu)損壞或定制設(shè)置不合理等現(xiàn)象。

4 總結(jié)

煤礦供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問題一直困擾著煤礦的安全供電，越級(jí)跳閘給煤礦供電安全帶來極大的安全隱患，伴隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，智能配網(wǎng)方案能夠很好的解決礦井高壓供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的問題，保證了煤礦供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王梅義.電網(wǎng)繼電保護(hù)應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

[2]曹玉林.一起變壓器后備保護(hù)越級(jí)動(dòng)作分析[J].科技創(chuàng)新論壇，2011.

[3]王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[4]肖立強(qiáng).煤礦井下高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的原因及預(yù)防措施[J].煤礦現(xiàn)代化，2010（03）.

[5]張文超.煤礦供電防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011.