煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)應(yīng)用研究

劉亞偉

摘要：在我國煤礦實(shí)際開采過程中很容易受到地理位置、水文條件、技術(shù)因素等的限制，導(dǎo)致煤礦開采困難，甚至還有可能對整個(gè)煤礦供電系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象。如果煤礦在開采時(shí)出現(xiàn)越級跳閘問題，就會引發(fā)大面積停電或者是局部電纜著火現(xiàn)象，威脅到煤礦井下作業(yè)人員的生命安全，因此如何改善煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘問題至關(guān)重要。本文通過對煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘原理進(jìn)行分析，然后研究通訊保護(hù)技術(shù)、光纖縱差保護(hù)技術(shù)、分站集中控制防越級跳閘技術(shù)三種常見防越級跳閘技術(shù)。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);越級跳閘;技術(shù)

一、防越級跳閘原理

為了便于對煤礦開采過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在井下都會設(shè)計(jì)對應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，但是由于煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，為了簡化監(jiān)控系統(tǒng)硬件布置往往會將監(jiān)控系統(tǒng)與供電系統(tǒng)結(jié)合在一起。供電系統(tǒng)主要的功能就是為井下作業(yè)人員提供電力安全，但是該系統(tǒng)在長時(shí)間使用時(shí)很容易發(fā)生強(qiáng)沖擊電能負(fù)荷現(xiàn)象，在沖擊負(fù)荷的作用下供電系統(tǒng)的驅(qū)動繼電器會運(yùn)行在正常工況下，驅(qū)動繼電器中的主觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，此時(shí)在系統(tǒng)中的繼電器會接收到保護(hù)起動信號，從而快速隔離電路，起到防越級跳閘現(xiàn)象。

煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，空氣濕度大，因此在供電系統(tǒng)接頭處經(jīng)常會出現(xiàn)短路等安全問題，甚至還與可能存在漏電現(xiàn)象，直接威脅到井下作業(yè)人員的安全。再加上供電線路本身比較復(fù)雜且數(shù)量較多，線路布線間距小、存在交叉點(diǎn)，此時(shí)電流之間會產(chǎn)生電磁感應(yīng)。一旦電路發(fā)生故障，此時(shí)在供電線路中的瞬時(shí)電流會達(dá)到數(shù)千安。因此為保證井下作業(yè)人員安全經(jīng)常會安裝保護(hù)裝置。保護(hù)裝置很容易受到電磁等干擾做出誤動作，此時(shí)在保護(hù)裝置中還需要增加防越級跳閘裝置，對保護(hù)裝置狀態(tài)進(jìn)行控制。

二、煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)

（1）通訊保護(hù)技術(shù)

通訊保護(hù)技術(shù)需要在煤礦開采的地面上設(shè)置對應(yīng)的監(jiān)控主機(jī)，該主機(jī)能夠與礦井下的各個(gè)監(jiān)控裝置、保護(hù)裝置進(jìn)行連接，通過監(jiān)控主機(jī)能夠了解保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，以便能夠精確掌握各項(xiàng)開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。一旦保護(hù)裝置中的某一個(gè)運(yùn)行參數(shù)存在異常狀況，在監(jiān)控主機(jī)上就會發(fā)出對應(yīng)的報(bào)警信息，并自動對異常數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)置的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判斷發(fā)生問題的線路位置，并自動發(fā)出對應(yīng)的控制指令，控制故障影響范圍。

通訊保護(hù)技術(shù)主要是通過自動化控制指令對保護(hù)裝置所連接的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，從而對保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改變，發(fā)揮保護(hù)功能。但是開關(guān)開斷狀態(tài)的變化需要一定的時(shí)間，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化之后所連接的保護(hù)裝置啟動也需要一定的時(shí)間間隔，這些間隔共計(jì)約20ms。在一般狀況下如果地面監(jiān)控主機(jī)在接收到對應(yīng)的信號，從接收信號、分析信號到做出控制指令，最少需要40ms時(shí)間，甚至有可能達(dá)到120ms時(shí)間，大大延長故障引發(fā)時(shí)間。通訊保護(hù)技術(shù)的出現(xiàn)可以在短時(shí)間內(nèi)通過對保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，從而起到保護(hù)作用。

（2）光纖縱差保護(hù)技術(shù)

光纖縱差保護(hù)技術(shù)是當(dāng)前在煤礦系統(tǒng)中最為常見的一種防越級跳閘保護(hù)技術(shù)，該技術(shù)能夠利用較為先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，從而大大降低越級跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。光纖縱差保護(hù)裝置能夠利用光纖縱差保護(hù)技術(shù)對供電系統(tǒng)中的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行高效保護(hù)，因此被廣泛的應(yīng)用到煤礦供電系統(tǒng)中。當(dāng)供電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)受到外界因素的影響從而發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)供電系統(tǒng)就會處于非正常工況下，在光纖縱差保護(hù)裝置會直接進(jìn)入到電路速度保護(hù)中，從而保護(hù)系統(tǒng)功能。光纖縱差保護(hù)裝置主要的工作原理為：當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)所產(chǎn)生的信號會經(jīng)過輸入端進(jìn)入到開關(guān)縱差保護(hù)裝置中，然后經(jīng)過裝置的輸入端輸入到保護(hù)裝置的上級開關(guān)處。上級開關(guān)在接受到對應(yīng)的信號之后會在光纖縱差保護(hù)器的作用下對信號進(jìn)行分析、計(jì)算，從而將信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞑钪敌盘?。如果?jīng)過轉(zhuǎn)換之后的電流差值信號上下兩級數(shù)值一樣，說明上下級之間不存在電流差值，兩者正常供電。相反，如果供電電路中存在故障，此時(shí)經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后的上下級之間存在一定的電流差值，此時(shí)光纖縱差保護(hù)器會在自己控制范圍內(nèi)發(fā)揮控制功能，起到線路保護(hù)作用。

（3）分站集中控制防越級跳閘技術(shù)

分站集中控制防越級跳閘技術(shù)是在煤礦供電系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)，該技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中需要安裝對應(yīng)的分站設(shè)備，且分站設(shè)備與防越級開關(guān)之間能夠相互連接。在進(jìn)行實(shí)際開采時(shí)如果供電系統(tǒng)發(fā)生故障，此時(shí)防越級跳閘開關(guān)會檢測到對應(yīng)的故障信息，然后經(jīng)過線路的作用將這些故障信息傳遞給分站系統(tǒng)。分站系統(tǒng)在接受到對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息之后會對這些信息進(jìn)行分析、判斷，預(yù)測發(fā)生故障的位置、故障類型，并發(fā)送對應(yīng)的故障診斷和隔離指令，將與故障位置影響區(qū)域范圍內(nèi)的所有開關(guān)狀態(tài)改變，隔離故障區(qū)域。

雖然分站集中防越級控制系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛，但是由于分站集中防越級控制系統(tǒng)需要分站與防越級跳閘之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，這樣才可以實(shí)現(xiàn)控制功能，一旦數(shù)據(jù)傳輸中斷或者是發(fā)生通信故障無法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)防越級跳閘開關(guān)就無法接收對應(yīng)信息，從而影響到后續(xù)的分析、控制功能。

結(jié)語

在煤礦中井下供電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)煤礦的正常運(yùn)行，從而有效保證井下作業(yè)人員的安全，因此在保證供電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性至關(guān)重要。但是受限于井下多種因素的影響，供電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)會存在一定的越級跳閘風(fēng)險(xiǎn)，從而影響到井下正常供電。因此本文對供電系統(tǒng)防越級跳閘原理進(jìn)行分析，然后對通訊保護(hù)技術(shù)、光纖縱差保護(hù)技術(shù)、分站集中控制防越級跳閘技術(shù)三種常見的防越級跳閘技術(shù)進(jìn)行研究，認(rèn)為這三種技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)中應(yīng)用能夠?qū)ο到y(tǒng)保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效控制，防止出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象，從而保護(hù)供電系統(tǒng)能夠長久安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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