煤礦供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘的研究

＊廉智勇

（太原煤氣化龍泉能源發(fā)展有限公司 山西 030303）

要想能夠更加有效地應(yīng)對(duì)供電越級(jí)跳閘事故，保障礦井生產(chǎn)安全，就需要充分地掌握產(chǎn)生越級(jí)跳閘問(wèn)題的原因，在這個(gè)時(shí)期，需要選擇合理的措施來(lái)應(yīng)對(duì)越級(jí)跳閘事故，而且要選擇合理的預(yù)防措施，使得礦井生產(chǎn)能夠更加安全地開展。

1.煤礦供電系統(tǒng)中存在的問(wèn)題

（1）缺少電力監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)。煤礦井下供電系統(tǒng)缺少電力監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)井下供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不能直觀反映供電系統(tǒng)故障情況，同時(shí)變電所值守人員不能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在故障，造成停電事故發(fā)生、停電范圍擴(kuò)大，同時(shí)在對(duì)供電進(jìn)行恢復(fù)過(guò)程中，無(wú)法明確事故發(fā)生的區(qū)域及事故發(fā)生點(diǎn)，不能確定事故發(fā)生原因，造成供電系統(tǒng)恢復(fù)延誤，給礦井供風(fēng)、排水等設(shè)備供電造成影響，進(jìn)而影響到整個(gè)礦井安全生產(chǎn)。

（2）多次產(chǎn)生越級(jí)跳閘的情況。煤礦井下供電配電系統(tǒng)要求較為嚴(yán)格，為保證供電可靠性，很多重要負(fù)荷要求雙回路供電，同時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、條件原因，井下供電點(diǎn)較多，最終形成井下供電系統(tǒng)“點(diǎn)多、線短、面廣”的復(fù)雜供電形式，同時(shí)由于受井下條件限制，井下供電系統(tǒng)設(shè)備安裝、線路敷設(shè)較為困難，為減少電纜敷設(shè)和供電設(shè)備安裝，現(xiàn)場(chǎng)多處負(fù)荷共用供電電源線路、變壓器、供電開關(guān)等設(shè)備，再有因井下上下級(jí)變電所、配電點(diǎn)距離較近，供電線路較短，在下級(jí)供電線路或設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流值瞬間達(dá)到最上級(jí)開關(guān)整定值，造成越級(jí)跳閘事故；同時(shí)井下高壓系統(tǒng)為10kV供電系統(tǒng)，在10kV供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地、兩相短路時(shí)，會(huì)造成井上下整個(gè)10kV系統(tǒng)產(chǎn)生波動(dòng)，個(gè)別開關(guān)發(fā)生系統(tǒng)波動(dòng)性越級(jí)跳閘，造成停電礦井停電范圍擴(kuò)大，排查故障、恢復(fù)供電難度大嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。

（3）不能正確設(shè)置保護(hù)裝置的定值。國(guó)家對(duì)于煤礦供電系統(tǒng)的保護(hù)裝置有著明確的規(guī)定，要想保障工作人員和工作設(shè)備的安全性，施工人員就需要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來(lái)設(shè)置煤礦供電系統(tǒng)的安全值。不過(guò)在進(jìn)行生產(chǎn)的時(shí)候，各個(gè)礦都會(huì)從自身的條件出發(fā)，在設(shè)置供電系統(tǒng)保護(hù)裝置安全值的時(shí)候，都會(huì)存在自己的建議。因?yàn)椴糠值V選擇的安全值和國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)存在較大的差距，國(guó)家設(shè)置的安全值是以各個(gè)礦的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)置的，如果各個(gè)礦沒(méi)有根據(jù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇安全值，如此安全事故的產(chǎn)生概率也會(huì)顯著提升，在這種情況下，對(duì)于煤礦行業(yè)來(lái)說(shuō)，需要嚴(yán)格地根據(jù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來(lái)設(shè)置安全值。

2.產(chǎn)生越級(jí)跳閘情況的主要影響因素

煤礦井下作業(yè)生產(chǎn)有著較高的專業(yè)性，生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，工作環(huán)境比較惡劣，尤其是在進(jìn)行采掘作業(yè)的時(shí)候，需要不斷地移動(dòng)供電電纜，而且會(huì)持續(xù)地啟停各種變頻，如此會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓的諧振情況，設(shè)備供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生短路高壓的問(wèn)題。借助級(jí)聯(lián)式供電措施，也就是選擇多條短線組成的電纜網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作井下作業(yè)設(shè)備的供電連接。在進(jìn)行使用的時(shí)候，這樣的一種方式供電線路較短，容易出現(xiàn)電流三段式保護(hù)設(shè)備無(wú)法充分地反饋故障短路問(wèn)題，因此供電線路會(huì)產(chǎn)生越級(jí)跳閘的情況，礦井作業(yè)區(qū)域的斷電范圍比較廣泛，進(jìn)而嚴(yán)重影響到了開采作業(yè)效率和整體的安全性。

（1）繼電安全保護(hù)方面的因素。按三段式保護(hù)理論，短路保護(hù)保護(hù)到線路全長(zhǎng)的80%，帶時(shí)延的過(guò)流保護(hù)作為后備保護(hù)保護(hù)到下級(jí)變電所的開關(guān)以下。而煤礦電網(wǎng)都是短線路，門口短路和線路末端短路，開關(guān)處的短路電流基本上一樣，造成上下級(jí)變電所短路保護(hù)無(wú)法進(jìn)行配合，下級(jí)變電所的線路短路，上下級(jí)短路保護(hù)都啟動(dòng)，從而引起越級(jí)跳閘的發(fā)生。對(duì)于這種情況，城市配電網(wǎng)的做法是第一級(jí)開關(guān)的速斷保護(hù)不投入，而采用過(guò)流保護(hù)通過(guò)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行上下級(jí)過(guò)流保護(hù)的配合。而在煤礦，35kV變電站或110kV變電站是有集團(tuán)供電公司管理，而只有下級(jí)和下下級(jí)6/10kV變電所才由礦上管理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)速斷保護(hù)退出，而采用過(guò)流保護(hù)靠時(shí)間級(jí)差進(jìn)行配合的辦法，這也是造成越級(jí)跳閘的原因。

（2）電壓波動(dòng)。供電運(yùn)行系統(tǒng)要是遇到雷擊的情況或者是接地存在問(wèn)題，系統(tǒng)就會(huì)受到較大的影響，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的波動(dòng)。在這個(gè)時(shí)期要是波動(dòng)電壓額度超出了額定范圍，脫扣器自動(dòng)動(dòng)作會(huì)使得系統(tǒng)功能開關(guān)保護(hù)設(shè)備難以發(fā)揮自身的功能，進(jìn)而產(chǎn)生越級(jí)跳閘的情況，其中跳閘的位置不夠穩(wěn)定，無(wú)法有效地確定。

（3）開關(guān)質(zhì)量問(wèn)題。根據(jù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控要求，井下動(dòng)力高低壓開關(guān)要進(jìn)行瓦斯電、風(fēng)電閉鎖，并要求每半月進(jìn)行一次試驗(yàn)，造成開關(guān)分合閘次數(shù)頻繁，同時(shí)在對(duì)局扇每天進(jìn)行切換過(guò)程中，開關(guān)要進(jìn)行分合閘，造成開關(guān)故障率增加，開關(guān)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)異常，在供電系統(tǒng)發(fā)生故障情況下，開關(guān)保護(hù)動(dòng)作后無(wú)法進(jìn)行正常分閘，進(jìn)而發(fā)生越級(jí)跳閘事故。

（4）控制保護(hù)裝置故障和差異問(wèn)題。技術(shù)人員在購(gòu)置控制防護(hù)裝置的過(guò)程中需要做到嚴(yán)格細(xì)致，不可以馬虎對(duì)待。因?yàn)橐恍┍Ｗo(hù)裝置的性能較差，裝置不符合設(shè)計(jì)需求，啟動(dòng)這種裝置的時(shí)候容易產(chǎn)生一些問(wèn)題，運(yùn)行速度較慢，產(chǎn)生較大的誤差，裝置靈敏性也會(huì)受到影響，同時(shí)井下使用開關(guān)保護(hù)裝置廠家、型號(hào)種類多，各種廠家的保護(hù)裝置之間性能存在差異，經(jīng)常表現(xiàn)在地面變電所保護(hù)裝置較井下變電所高壓開關(guān)保護(hù)裝置動(dòng)作靈敏，如果上下級(jí)保護(hù)匹配調(diào)試不到位，在發(fā)生供電系統(tǒng)故障情況下，可能發(fā)生越級(jí)跳閘事故。

3.煤礦供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施

（1）選擇高低壓開關(guān)失壓保護(hù)裝置，設(shè)置合理的延時(shí)時(shí)間。井下供電系統(tǒng)要求在高低壓開關(guān)設(shè)置失壓脫扣器，在供電系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)情況下，開關(guān)會(huì)瞬間失壓，進(jìn)而產(chǎn)生越級(jí)跳閘的情況。因此需要設(shè)置合理的高低壓開關(guān)失壓保護(hù)裝置，設(shè)置專用的控制電源，避免因電壓波動(dòng)導(dǎo)致控制回路失壓而發(fā)生供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘；同時(shí)也需要正確設(shè)置電壓損失延時(shí)保護(hù)時(shí)間，保障電壓損失時(shí)間超過(guò)短路的保護(hù)制動(dòng)時(shí)間。如此能夠有效地應(yīng)對(duì)系統(tǒng)發(fā)生短路引起供電系統(tǒng)波動(dòng)產(chǎn)生的越級(jí)跳閘問(wèn)題。

（2）選擇合適的保護(hù)裝置，正確設(shè)置各級(jí)開關(guān)的保護(hù)整定值。在供電系統(tǒng)開關(guān)保護(hù)裝置選擇上，保證同等電壓等級(jí)開關(guān)保護(hù)裝置廠家、性能統(tǒng)一，擇優(yōu)選擇動(dòng)作靈敏、可靠、設(shè)計(jì)原理符合要求的保護(hù)裝置，避免因不同廠家、不同產(chǎn)品、不同原理的保護(hù)裝置在供電系統(tǒng)上下級(jí)開關(guān)中使用產(chǎn)生差異，引起供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘事故；同時(shí)需要合理設(shè)置井上下供電系統(tǒng)上下級(jí)開關(guān)整定值，及時(shí)根據(jù)負(fù)荷的增減情況，對(duì)開關(guān)的定值作出調(diào)整，在供電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)發(fā)生的各類供電事故進(jìn)行分析，通過(guò)開關(guān)跳閘動(dòng)作定值，能判斷分析故障發(fā)生種類及發(fā)生的大概區(qū)域，同時(shí)根據(jù)跳閘動(dòng)作值的大小，對(duì)開關(guān)定值作出及時(shí)調(diào)整。

（3）增強(qiáng)供電管理，減少供電系統(tǒng)故障率。由于井下潮氣重、空間受限等各種環(huán)境影響，供電系統(tǒng)設(shè)備、電纜故障率相對(duì)較高，經(jīng)常發(fā)生供電系統(tǒng)漏電、短路等故障，加強(qiáng)供電系統(tǒng)定期檢修，尤其是井下高壓供電系統(tǒng)，從檢修上主動(dòng)預(yù)防供電事故發(fā)生，降低因供電系統(tǒng)故障引起越級(jí)跳閘事故發(fā)生。

（4）嚴(yán)格地保障電力系統(tǒng)開關(guān)質(zhì)量。供電系統(tǒng)開關(guān)質(zhì)量是比較重要的，選擇優(yōu)質(zhì)的供電開關(guān)，可降低開關(guān)故障率，減少開關(guān)拒動(dòng)情況發(fā)生，使得各級(jí)開關(guān)都能起到保護(hù)作用，在開關(guān)設(shè)備安裝初期及定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，確保開關(guān)各方面性能符合要求，能有效避免因下級(jí)開關(guān)拒動(dòng)而引起的越級(jí)跳閘事故發(fā)生。

（5）選擇具有防越級(jí)功能保護(hù)裝置，搭建防越級(jí)保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)聯(lián)系地面的供電線路設(shè)計(jì)方案，采用網(wǎng)絡(luò)化基因拓?fù)渌惴?，利用開關(guān)間自主交換故障信息進(jìn)行協(xié)商的形式，自主判斷故障區(qū)段，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)零秒速斷，以達(dá)到防越級(jí)跳閘的目的，搭建具有防越級(jí)保護(hù)、母差保護(hù)、三段式過(guò)流保護(hù)、零延時(shí)智能后備保護(hù)等防越級(jí)跳閘保護(hù)功能的系統(tǒng)，通過(guò)分散安裝具有防越級(jí)功能保護(hù)器搭建的專用保護(hù)信息網(wǎng)快速交換信息，能夠快速判斷故障區(qū)段，準(zhǔn)確快速切斷距離故障點(diǎn)最近的故障開關(guān)，以達(dá)到防越級(jí)跳閘的目的，并且對(duì)于母線故障也能夠做到快速切除，防止產(chǎn)生越級(jí)跳閘的情況。

（6）持續(xù)地完善煤礦供電系統(tǒng)的使用標(biāo)準(zhǔn)。如今大多數(shù)的煤礦從業(yè)人員無(wú)法正常使用電力系統(tǒng)，在設(shè)置保護(hù)系統(tǒng)安全值的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定的問(wèn)題，而且大多數(shù)的施工人員沒(méi)有明確國(guó)家的規(guī)定值，在設(shè)置安全值的時(shí)候過(guò)于隨意，嚴(yán)重的話會(huì)產(chǎn)生安全事故，在這種情況下就需要持續(xù)地完善和改進(jìn)煤礦供電系統(tǒng)的使用標(biāo)準(zhǔn)，保障后續(xù)操作能夠順利地進(jìn)行。

4.結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在煤礦供電系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候容易產(chǎn)生越級(jí)跳閘的情況，如此會(huì)嚴(yán)重影響到煤礦的正常生產(chǎn)，甚至是產(chǎn)生安全事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，如今產(chǎn)生越級(jí)跳閘問(wèn)題的原因是比較多樣的，因此需要仔細(xì)地進(jìn)行分析，選擇合理的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，增強(qiáng)對(duì)于供電系統(tǒng)的管理和控制，確保供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘問(wèn)題能夠得到更加有效地處理。