談礦井供電防止短路越級(jí)跳閘問題研究及應(yīng)用

王一強(qiáng)

摘 要：煤炭是我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的資源，而煤炭資源主要儲(chǔ)藏在較深的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，需要通過井下作業(yè)的方式進(jìn)行挖掘。在井下進(jìn)行煤炭挖掘作業(yè)時(shí)，由于特殊復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，會(huì)提升井下電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率，尤其是短路越級(jí)跳閘問題，一旦出現(xiàn)該問題，不僅會(huì)嚴(yán)重影響井下挖掘作業(yè)正常進(jìn)行，而且還會(huì)使煤礦企業(yè)受到較大的經(jīng)濟(jì)損失。本文圍繞礦井供電防止短路越級(jí)跳閘問題展開討論，針對(duì)存在的電力問題實(shí)施解決措施，為煤礦企業(yè)井下作業(yè)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦供電;越級(jí)跳閘;研究

在煤礦企業(yè)井下作業(yè)過程中，需要安全、穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，保障井下煤炭挖掘作業(yè)順利的進(jìn)行。尤其是進(jìn)入到高度機(jī)械化的生產(chǎn)模式中，煤礦井下作業(yè)會(huì)使用到諸多的自動(dòng)化設(shè)備，借助自動(dòng)化設(shè)備完成大規(guī)模、高難度的煤炭挖掘工作。煤礦企業(yè)需要根據(jù)井下作業(yè)環(huán)境，對(duì)使用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行綜合考慮，并以此為基礎(chǔ)配置高壓供電系統(tǒng)，有助于安全高效的進(jìn)行井下作業(yè)。但是，受到供電系統(tǒng)出現(xiàn)的短路越級(jí)跳閘問題的影響，極易引發(fā)井下出現(xiàn)爆炸事故，所以對(duì)電路存在的安全隱患進(jìn)行分析，并實(shí)施預(yù)防措施，才能從根本上防止安全事故的發(fā)生。

1 煤礦供電現(xiàn)狀概論

在煤礦井下作業(yè)過程中，隨著作業(yè)深度的增加，需要使用到較長(zhǎng)的供電線纜，受到井下惡劣環(huán)境以及工作人員不正確的操作，導(dǎo)致線纜出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，并且在與機(jī)械設(shè)備完成連接后，設(shè)備進(jìn)入到工作狀態(tài)，產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象會(huì)使電路出現(xiàn)短路情況，此時(shí)線纜和設(shè)備產(chǎn)生的點(diǎn)火花，會(huì)引發(fā)瓦斯和煤塵的混合物出現(xiàn)爆炸情況。

目前，井下供電系統(tǒng)是由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)共同組成，其中短電線分級(jí)連接方式是組成網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)采用線路級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行供電。在該中連接方式以及供電方式下，線路在出現(xiàn)斷路問題時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)0秒的延時(shí)情況，在最短的時(shí)間內(nèi)會(huì)啟動(dòng)防爆開關(guān)，防爆開關(guān)一旦開啟，系統(tǒng)受到微機(jī)發(fā)出的指令完成跳閘動(dòng)作，此時(shí)井下運(yùn)行的設(shè)備以及供電系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入到停電的狀態(tài)。井下進(jìn)入到停電狀態(tài)，不僅會(huì)影響到煤炭挖掘作業(yè)的正常井下，還會(huì)使井下通風(fēng)設(shè)備停止工作，從而使井下的瓦斯?jié)舛炔粩嗌?，?yán)重威脅工作人員的生命安全。

2 煤炭供電越級(jí)跳閘原因分析

2.1 繼電保護(hù)故障

現(xiàn)階段許多煤礦井下在作業(yè)過程中，都會(huì)使用短線路的連接方式組建供電系統(tǒng)，而短線路使用的電纜長(zhǎng)度會(huì)小于五千米，并且兩端不會(huì)出現(xiàn)較大的電流差，一旦電路出現(xiàn)安全故障，無法通過電流差的變化確定出現(xiàn)故障的位置。此外，井下供電系統(tǒng)會(huì)采用分段延時(shí)的跳閘保護(hù)方式，若在線路內(nèi)設(shè)置較多的級(jí)別，受到延時(shí)的影響，需要不斷累積延時(shí)時(shí)間，會(huì)影響到電路的開關(guān)時(shí)間，若出現(xiàn)過流的情況，開關(guān)會(huì)進(jìn)入到跳閘保護(hù)狀態(tài)，從而出現(xiàn)越級(jí)跳閘的現(xiàn)象，此時(shí)繼電保護(hù)裝置無法展現(xiàn)出良好的保護(hù)性能，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障。

在電路內(nèi)出現(xiàn)短路情況時(shí)，或者電路內(nèi)存在較小的電阻以及較大的電流時(shí)，上級(jí)受到下級(jí)較大電流的影響，上級(jí)開關(guān)無法承載過大電流的荷載，進(jìn)而會(huì)引發(fā)更上一級(jí)開關(guān)出現(xiàn)跳閘情況。

2.2 電源開關(guān)故障

許多井下作業(yè)出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象時(shí)，主電路電源成為保護(hù)裝置的電源，而井下電路未能配置防爆電源和后備電源，一旦電路出現(xiàn)短路情況，開關(guān)主電路無法維持在工作狀態(tài)下，導(dǎo)致保護(hù)裝置未能對(duì)開關(guān)發(fā)揮保護(hù)作用，此刻電源開關(guān)會(huì)越級(jí)跳閘情況。

2.3 保護(hù)設(shè)備性能差

煤礦井下進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，需要較多的保護(hù)設(shè)備，承擔(dān)井下電路的保護(hù)工作。但是，由于煤礦企業(yè)重視經(jīng)濟(jì)效益，未能對(duì)井下配置完善的保護(hù)設(shè)備，導(dǎo)致供電系統(tǒng)存在較多的安全隱患。即便配置保護(hù)設(shè)備，但是由于保護(hù)設(shè)備性能較差，極易引發(fā)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。保護(hù)設(shè)備存在性能差的主要原因，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一，缺乏較高的檢測(cè)精度;二，缺乏故障判斷的靈敏度;三，較慢的CPU運(yùn)算速度;四，較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。此外，在為電力系統(tǒng)配置保護(hù)設(shè)備時(shí)，井下缺乏完善的硬件設(shè)施，并且軟件不具備自檢以及自閉性能，電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法判定準(zhǔn)確的位置以及引發(fā)因素，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路情況，極易引發(fā)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

2.4 電源開關(guān)質(zhì)量問題

由于缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無法對(duì)井下的電源開關(guān)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，而且受到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、傳動(dòng)方式以及其它外因的影響，都會(huì)破壞開關(guān)的性能，一旦開關(guān)未能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況。

2.5 漏電保護(hù)缺乏選擇性

在井下電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為防止出現(xiàn)漏電情況，都會(huì)為電力系統(tǒng)配置高阻抗接地系統(tǒng)和不接地系統(tǒng)，而上述兩種接地系統(tǒng)，無法對(duì)線路出現(xiàn)的接地漏電情況進(jìn)行區(qū)分，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)漏電后，漏電保護(hù)系統(tǒng)未能發(fā)揮保護(hù)作用，致使電力系統(tǒng)出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》457條規(guī)定，在井下組建高壓電網(wǎng)，應(yīng)嚴(yán)格按照單相接地電容要求，將電流控制在20以下，并在電網(wǎng)內(nèi)配置完善的補(bǔ)償性保護(hù)裝置。

3 煤礦供電防止短路越級(jí)跳閘策略

3.1 越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展

在數(shù)字化變電系統(tǒng)發(fā)展過程中，將光纖網(wǎng)絡(luò)通訊與該系統(tǒng)進(jìn)行融合，可為電力系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)建立共享平臺(tái)，集成保護(hù)裝置借助平臺(tái)發(fā)展成數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)，既能劃分系統(tǒng)，讓系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)劃分區(qū)域產(chǎn)生的開關(guān)量和模擬量，通過基礎(chǔ)檢測(cè)控制裝置，將產(chǎn)生的保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸至控制室，還能對(duì)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，為系統(tǒng)構(gòu)建多端聯(lián)絡(luò)線縱差結(jié)構(gòu)。

按照保護(hù)系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)，需要將電力系統(tǒng)內(nèi)多端線路覆蓋區(qū)域，組建成具有整體性特征的節(jié)點(diǎn)，通過數(shù)字化系統(tǒng)可對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存在的安全隱患進(jìn)行分析，在分析時(shí)準(zhǔn)確判定安全隱患的位置，以便在線路出現(xiàn)故障時(shí)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)的其它線路仍能保持在工作狀態(tài)，從而防止出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況。

3.2 防止越級(jí)跳閘的應(yīng)用方案

在常規(guī)計(jì)算機(jī)保護(hù)方案的基礎(chǔ)上，增加全數(shù)字化的系統(tǒng)方案，可廣泛的應(yīng)用在新建煤礦中，并在井下借助全數(shù)字化系統(tǒng)方案，既能提升電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力，還能極大的緩解作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，真正體現(xiàn)出人性化的管理效益。在老舊井下改造作業(yè)中，采用常規(guī)計(jì)算機(jī)保護(hù)方案，有效提升供電系統(tǒng)的性能，包括連續(xù)性和安全性。而借助數(shù)字化保護(hù)方案，在井下配置智能保護(hù)器，可針對(duì)井下線路中出現(xiàn)的短路故障引發(fā)的越級(jí)跳閘情況，實(shí)施有效的預(yù)防措施，防止越級(jí)跳閘情況影響到電路的正常使用。借助光纖通訊設(shè)備，通過信息技術(shù)收集整理電路中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，由通訊設(shè)備快速發(fā)出指令，保證變電站中集成保護(hù)監(jiān)控裝置發(fā)揮保護(hù)功能，同時(shí)還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的共享。

4 結(jié)語

綜上所述，在煤礦企業(yè)井下作業(yè)過程中，電路中出現(xiàn)的越級(jí)跳閘現(xiàn)象，應(yīng)成為煤礦企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題，工作人員應(yīng)對(duì)引發(fā)跳閘的因素進(jìn)行分析，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)有的保護(hù)裝置進(jìn)行全面的檢測(cè)，并依托數(shù)字化信息技術(shù)，圍繞電力系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)字化安全穩(wěn)定的供電網(wǎng)絡(luò)，從而避免供電系統(tǒng)由于繼電保護(hù)裝置、電源開關(guān)質(zhì)量差以及保護(hù)裝置性能差等引發(fā)的越級(jí)跳閘現(xiàn)象，以便提升井下供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行能力。

參考文獻(xiàn)

[1]羅偉.礦井供電防止短路越級(jí)跳閘問題研究及應(yīng)用[J].科技傳播，2014（12）.

[2]郭春華.煤礦供電防止短路越級(jí)跳閘問題研究及解析[J].科技與企業(yè)，2015（21）：186-186.