煤礦供電越級(jí)跳閘問(wèn)題解決方案研究

徐開(kāi)文

摘 要：煤礦井下供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘是煤礦發(fā)生安全事故的一個(gè)重要因素，它影響著煤礦供電的各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)。本文簡(jiǎn)單分析了煤礦供電系統(tǒng)的跳閘問(wèn)題，并通過(guò)對(duì)各種原因的判斷，提出了相關(guān)的越級(jí)跳閘問(wèn)題解決方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；供電；越級(jí)跳閘；問(wèn)題；方案

引言

在煤礦開(kāi)采生產(chǎn)的過(guò)程中，供電安全是十分重要的，由于煤礦供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特殊，參數(shù)整定較難，同時(shí)煤礦作業(yè)環(huán)境很差，極易造成電纜絕緣破壞，從而導(dǎo)致相間短路和漏電事故的發(fā)生。當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，下級(jí)和上級(jí)之間的短路電流差別很小，導(dǎo)致上級(jí)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，造成越級(jí)跳閘問(wèn)題。煤礦井下供電越級(jí)跳閘會(huì)影響到采區(qū)的生產(chǎn)，造成煤礦井下的大面積停電并引起瓦斯聚集的情況，最終致使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓，對(duì)井下工人的生命安全造成嚴(yán)重威脅，因此，要進(jìn)行煤礦井下高壓供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的預(yù)防，為煤礦井下的工作人員創(chuàng)造安全的工作環(huán)境。

1煤礦供電越級(jí)跳閘問(wèn)題分析

1.1供電結(jié)構(gòu)復(fù)雜

煤礦供電系統(tǒng)多采用分級(jí)供電方式，線路中電纜長(zhǎng)度均比較短，電纜阻抗值較?。ㄒ话銥?.06～0.08Ω /km ）。線路首尾兩端電流幅值差異非常小，甚至在有些電纜中，末端最大電流幅值要明顯大于首端短路電流幅值，導(dǎo)致速斷保護(hù)范圍變小。線路的末端由于負(fù)荷比較大，電纜截面較大，在短路發(fā)生以后，上級(jí)電流值與下級(jí)電流值差異不大，速斷配合也難以實(shí)現(xiàn)，并且雖然整體存在級(jí)差，但級(jí)差作用也很難發(fā)揮出來(lái)，因此，一旦下級(jí)出現(xiàn)短路，就極有可能出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況。

1.2短路保護(hù)不及時(shí)

隨著煤炭產(chǎn)量的增加和負(fù)荷的不斷提高，煤礦井下所選的開(kāi)關(guān)在選型上很難做到與地面變電所的供電設(shè)備合理搭配。同時(shí)，由于井下環(huán)境潮濕，很容易造成高壓開(kāi)關(guān)卡澀不靈活，以致于增加開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間，造成當(dāng)短路發(fā)生故障時(shí)，地面的高壓開(kāi)關(guān)柜動(dòng)作快于井下高壓防爆開(kāi)關(guān)，因此造成了井下越級(jí)跳閘現(xiàn)象。此外，短路保護(hù)要求動(dòng)作時(shí)間要迅速，即在0.2s以內(nèi)對(duì)直接供電的最上一級(jí)的開(kāi)關(guān)做出短路保護(hù)動(dòng)作，但現(xiàn)有的設(shè)備和理論上都很難實(shí)現(xiàn)保護(hù)器在時(shí)間上的配合。

1.3繼電保護(hù)不全面

當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域采用的供電保護(hù)方式主要為縱差保護(hù)方式，其主要適用于遠(yuǎn)距離的電能輸送，但是在井下供電中需要格外注意對(duì)系統(tǒng)總壓降的保護(hù)。此外，出現(xiàn)短路狀況后，相應(yīng)的分支開(kāi)關(guān)跳閘，而總開(kāi)關(guān)不發(fā)生跳閘，這樣就會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有發(fā)生故障的線路發(fā)生停電，說(shuō)明縱差保護(hù)對(duì)井下供電這種短距離多分支的線路并不能發(fā)揮保護(hù)作用，更不能避免線路發(fā)生越級(jí)跳閘狀況。

1.4設(shè)備管理不到位

煤礦井下用電設(shè)備比較集中，隨著大功率設(shè)備不斷增多，在沒(méi)有相應(yīng)保護(hù)措施的情況下，同時(shí)啟動(dòng)可能會(huì)造成瞬時(shí)的電壓波動(dòng)，如果電壓在瞬間波動(dòng)超過(guò)安全的范圍，由于開(kāi)關(guān)內(nèi)的電壓保護(hù)是瞬時(shí)的，必然會(huì)啟動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)，直接引起大面積的越級(jí)跳閘。此外，煤礦用電高峰時(shí)，井下一些大功率、沖擊性和非線性負(fù)荷的投入使用，不僅導(dǎo)致了電網(wǎng)功率因數(shù)降低、無(wú)功功率的快速變化、電壓和電流波形畸變和大量諧波產(chǎn)生，電網(wǎng)中浪涌和諧波的干擾會(huì)直接影響礦井保護(hù)設(shè)備的工作狀態(tài)，導(dǎo)致誤動(dòng)和精度下降等問(wèn)題。

2煤礦供電越級(jí)跳閘問(wèn)題解決方案

2.1優(yōu)化供電結(jié)構(gòu)

為減少越級(jí)跳閘問(wèn)題，可通過(guò)減少供電級(jí)數(shù)對(duì)煤礦供電結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，并且對(duì)機(jī)電設(shè)備加強(qiáng)檢測(cè)維護(hù)管理，減少影響線路運(yùn)行的不利因素。如，對(duì)于高爆開(kāi)關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間問(wèn)題，應(yīng)對(duì)該開(kāi)關(guān)設(shè)備加強(qiáng)維修管理，防止電容衰減及開(kāi)關(guān)卡澀等問(wèn)題的發(fā)生；應(yīng)對(duì)電流互感器進(jìn)行科學(xué)的鑒定，在鑒定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品要及時(shí)更換，對(duì)接地及屏蔽管理也要加強(qiáng)，降低負(fù)荷受系統(tǒng)波動(dòng)的影響。此外，對(duì)井下關(guān)鍵線路的越級(jí)跳閘應(yīng)該重點(diǎn)進(jìn)行預(yù)防，如中央變電所、采區(qū)變電所及地面6/10kV變電所之間的越級(jí)跳閘，要對(duì)該線路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改善。通過(guò)改善供電結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理等措施，可極大地減小越級(jí)跳閘問(wèn)題發(fā)生的概率。

2.2科學(xué)設(shè)計(jì)速斷保護(hù)

在煤礦供電系統(tǒng)中，發(fā)生短路電流較大的情況時(shí)，上下級(jí)必須要同時(shí)投入無(wú)時(shí)限的速斷保護(hù)，但是在上級(jí)線路進(jìn)行速斷保護(hù)中可能出現(xiàn)啟動(dòng)跳閘的情況，因此就很可能不能起到防止高壓供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的作用。新型速斷保護(hù)的方案是基于單片機(jī)和串行通信進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它在電網(wǎng)發(fā)生短路故障后的0.2s內(nèi)就能夠有選擇性地快速斷電。這種在0.2s內(nèi)就能夠有選擇性地快速斷電的新型速斷保護(hù)方案能夠起到避免井下高壓供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的作用，因此也就能起到避免大范圍停電的作用，對(duì)煤礦井下的安全生產(chǎn)工作起到一定的保證。

2.3調(diào)整繼電保護(hù)系統(tǒng)

在進(jìn)行高爆開(kāi)關(guān)的選擇時(shí)，選擇新型的性能高的高爆開(kāi)關(guān)，比如永磁式操作機(jī)械類型的高爆開(kāi)關(guān)，或者對(duì)原BGP型開(kāi)關(guān)電流的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行更改，先前對(duì)短路的綜合保護(hù)中有很多冗余的環(huán)節(jié)，因此要對(duì)其進(jìn)行改變，采用微機(jī)綜合保護(hù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電保護(hù)，采用“面保護(hù)”和保護(hù)裝置縱向關(guān)聯(lián)相結(jié)合的防越級(jí)跳閘方法。 將從前通常作為綜合保護(hù)的冗余環(huán)節(jié)變?yōu)楹髠浔Ｗo(hù)部分，以此來(lái)提高微保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，對(duì)于重要負(fù)荷盡量采用雙回路或進(jìn)行獨(dú)立供電。例如風(fēng)機(jī)一類，可采用獨(dú)立供電的方式；對(duì)于一些關(guān)系到煤礦井下安全的重要負(fù)荷，可以采用雙回路的供電方式進(jìn)行供電設(shè)計(jì)。

2.5加強(qiáng)GOOSE通信技術(shù)應(yīng)用

GOOSE是一種基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義的快速報(bào)文傳輸機(jī)制，GOOSE通信機(jī)制中報(bào)文的發(fā)送和接收分別由發(fā)布者和訂閱者來(lái)執(zhí)行。正常工作時(shí)，發(fā)布者以定時(shí)間隔（心跳時(shí)間）T0發(fā)送，當(dāng)檢測(cè)到跳閘信號(hào)時(shí)，立即發(fā)送跳閘和閉鎖指令，然后以定時(shí)間隔T1發(fā)送2次跳閘和閉鎖指令，以定時(shí)間隔T2、T3各發(fā)送一次跳閘和閉鎖指令，直至收發(fā)穩(wěn)定后，再以定時(shí)間隔T0發(fā)送。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障后，啟動(dòng)保護(hù)跳閘的同時(shí)按上述原理向上級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送GOOSE報(bào)文信息，實(shí)現(xiàn)上級(jí)節(jié)點(diǎn)跳閘閉鎖功能，供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘原理如圖1所示。

2.6做好設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)

對(duì)礦井內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)與保養(yǎng)是防止越級(jí)跳閘問(wèn)題出現(xiàn)的關(guān)鍵措施。對(duì)機(jī)電設(shè)備要做好保護(hù)工作，尤其是在采掘面爆破及放頂?shù)裙ぷ鞯拈_(kāi)展中，要對(duì)電纜、機(jī)電設(shè)備等進(jìn)行防護(hù)，防止設(shè)備被落石砸壞，進(jìn)而避免帶電體對(duì)地直接脫閘等問(wèn)題的發(fā)生；同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)故障機(jī)電設(shè)備的維修工作，提高設(shè)備的絕緣性能。加大對(duì)井下機(jī)電設(shè)備的監(jiān)督與管理，詳細(xì)制定管理措施，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備使用及操作人員的培訓(xùn)，使其能愛(ài)惜設(shè)備，提高設(shè)備運(yùn)行中操作人員的責(zé)任心，避免誤操作引起跳閘。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，越級(jí)跳閘問(wèn)題是煤礦供電系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)煤礦的經(jīng)濟(jì)效益及安全生產(chǎn)都帶來(lái)不良影響，為避免該問(wèn)題的發(fā)生，相關(guān)煤礦企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)防越級(jí)跳閘技術(shù)的研究和實(shí)踐，通過(guò)改變供電結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)設(shè)備管理，增強(qiáng)煤礦井下供電系統(tǒng)的安全性、可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁靜波.煤礦供電越級(jí)跳閘問(wèn)題解決方案研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，02：63-67.

[2]郭進(jìn)亮.針對(duì)煤礦供電短路故障越級(jí)跳閘問(wèn)題解決方案研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，06：111-112.

[3]陳明輝.煤礦供電越級(jí)跳閘問(wèn)題解決方案探討[J].科技風(fēng)，2015，08：33+38.