煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)應(yīng)用研究

秦衛(wèi)濤

（國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司，新疆 哈密 839000）

煤炭開采具有復雜性、系統(tǒng)性特點，大部分作業(yè)都要在井下進行，所以存在諸多安全隱患。如果控制不當，不僅會阻礙開采作業(yè)有序進行，還會對從業(yè)人員生命財產(chǎn)安全造成威脅。另外，新時期煤礦開采逐漸向機械化趨勢發(fā)展，雖然在一定程度上提高了作業(yè)效率和質(zhì)量；但由于井下條件復雜多樣，陰暗潮濕，所以會對機械設(shè)備、電線電纜穩(wěn)定運行造成不良影響。為了避免煤礦開采過程出現(xiàn)大面積停電等事故，需要煤礦企業(yè)采取針對性措施解決供電系統(tǒng)越級跳閘問題，確保機械設(shè)備和電線電纜安全運行，為煤礦企業(yè)有序作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

1 煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)越級跳閘的原因

1.1 保護控制裝置出現(xiàn)問題

保護控制裝置是煤礦開采機械設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分，可以為供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供保障，有利于將潛在隱患杜絕在根源處，是促進煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置，其重要性不言而喻。所以在煤礦開采作業(yè)中，需要結(jié)合實際情況合理選擇保護控制裝置，確保其性能滿足安全生產(chǎn)需求，從而為供電系統(tǒng)安全運行奠定基礎(chǔ)。然而，由于井下環(huán)境復雜多樣，加上煤礦開采作業(yè)量較大，所以容易導致保護控制裝置在溫濕度等因素影響下降低性能，產(chǎn)生故障問題，無法充分能發(fā)揮其預警功能和保護作用，這也是造成煤礦供電系統(tǒng)產(chǎn)生越級跳閘的主要原因之一。

1.2 受到礦井內(nèi)部環(huán)境的影響

煤礦開采大部分作業(yè)都需要在井下進行，上文提到，井下環(huán)境陰暗潮濕、空間狹窄、空氣流動差，容易對供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成不良影響，導致電力設(shè)施運行異常，產(chǎn)生一系列故障問題，不僅影響井下作業(yè)有序進行，還會為作業(yè)人員生命財產(chǎn)安全帶來威脅。另外，電力設(shè)備在運行過程中受諧波干擾會產(chǎn)生誤操作現(xiàn)象，這也是引發(fā)電力系統(tǒng)越級跳閘的常見因素，需要電力企業(yè)給予高度重視，采取有效措施控制礦井環(huán)境。

1.3 開關(guān)控制電源出現(xiàn)問題

由于煤礦開采環(huán)境復雜，所以防爆開關(guān)通常不設(shè)置專用電源或者后備電源，而是直接與主電路開關(guān)電源相連接。這也導致煤礦開采過程中，一旦主電路產(chǎn)生故障問題，會直接影響控制防爆開關(guān)正常運行，導致保護裝置工作異常，從而引發(fā)供電系統(tǒng)越級跳閘。

2 防越級跳閘的系統(tǒng)

2.1 解決方案

通過上文分析可以看出，受多種因素影響，導致供電系統(tǒng)越級跳閘問題時有發(fā)生，并成為困擾煤礦企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的一大難題?，F(xiàn)階段，并沒有很好的技術(shù)能夠切實解決該問題，已經(jīng)嚴重影響煤礦作業(yè)安全性和有序性。針對這一問題，相關(guān)專家和學者紛紛將研究重點放在構(gòu)建防越級跳閘保護系統(tǒng)上，旨在為礦井安全作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

通過構(gòu)建防越級跳閘系統(tǒng)，能夠使變電站電氣設(shè)備產(chǎn)生的信息有效傳遞、實時共享。同時，可以描述變電站二次功能模型和變電站系統(tǒng)模型，通過對站控層、過程層以及間隔層有效處理，達到站內(nèi)設(shè)備科學管控目標。該系統(tǒng)具備以下特點：第一，能夠?qū)ΦV井供電系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行動態(tài)收集、實時共享。第二，將第三方裝置與防越級系統(tǒng)連接在一起，可以為系統(tǒng)擴容提供便利。第三，系統(tǒng)支持光纖以太網(wǎng)，可以與電子互感器相互通信。第四，能夠減少一次電纜、二次設(shè)備利用率，有利于降低后期維護成本。第五，系統(tǒng)改造簡單、便捷，擴充便捷。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

在防越級跳閘系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用不同單片機需要應(yīng)用到不同的微機保護硬件電路。并且不同保護對象所需的硬件設(shè)備也存在差異。新時期背景下，科學技術(shù)發(fā)展日新月異，單片機和集成電路芯片發(fā)展速度也隨之加快，為優(yōu)化和完善硬件保護裝置奠定良好基礎(chǔ)，促進防越級跳閘系統(tǒng)逐漸由以往單個八位CPU系統(tǒng)，發(fā)展成多個八位單片機構(gòu)成的保護系統(tǒng)。單片機具有穩(wěn)定性高、集成效果好等優(yōu)勢，將其應(yīng)用到防越級跳閘系統(tǒng)設(shè)計中，能夠有效提高帶供電系統(tǒng)抗干擾能力，促進電力設(shè)備安全運行。

防越級跳閘系統(tǒng)設(shè)計，從實質(zhì)上分析，就是開發(fā)一個具備繼電保護功能的系統(tǒng)，要想保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，離不開硬件設(shè)施的支撐，包括主機系統(tǒng)、CPU處理器、計算機、電源、傳感器等。在硬件設(shè)施運行過程中，傳感器接收模擬量信號后，會傳遞智能節(jié)點和通信接口，而后利用地面計算機對模擬量信號進行處理，同時，向智能節(jié)點發(fā)出指令。在此基礎(chǔ)上，智能節(jié)點會輸出開關(guān)量，使系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)指令，通過接通或斷開計算器，完成信號處理相關(guān)工作。

眾所周知，在煤礦供電系統(tǒng)中的線路電流增加時，所有裝置都會產(chǎn)生電流增大的信號。通過智能節(jié)點將信號傳給地面主機，利用軟件系統(tǒng)對信號進行處理，如果處理結(jié)果顯示供電系統(tǒng)跳閘，地面主機會將信號反饋給智能節(jié)點，而后由智能節(jié)點通知執(zhí)行機構(gòu)完成故障處理工作。結(jié)合系統(tǒng)實際運行水平來看，不僅能夠?qū)╇娤到y(tǒng)數(shù)據(jù)進行及時收集、分析和處理，還能夠與地面計算機有效連接，保證通信正常。將處理后的數(shù)據(jù)按照時間順序輸入計算機系統(tǒng)中，能夠長時間保存數(shù)據(jù)，利用CAN總線，將處理和爆出的數(shù)據(jù)傳入地面計算機中，能夠?qū)?shù)據(jù)科學管理，有利于及時判斷煤礦供電系統(tǒng)存在的問題和隱患，有利于為煤礦企業(yè)管理電力設(shè)備、調(diào)查各種事故提供保障。

3 國內(nèi)外常見的防越級跳閘技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展狀況

3.1 地面通信保護法

地面通信保護是利用地面開關(guān)和監(jiān)控主機保護器，達到理想通信效果。在獲取開關(guān)電流信號基礎(chǔ)上，能夠?qū)λ虚_關(guān)進行定值操作，如此則可以確定電力系統(tǒng)短路具體位置，并從監(jiān)控主機發(fā)出指令，不僅能夠控制短路位置的上級開關(guān)，還能夠通過跳閘方式切斷線路。計算機在供電系統(tǒng)故障判斷、保持通信以及指令發(fā)送過程中需要將時間控制在合理范圍內(nèi)。開關(guān)保護器在20ms時間內(nèi)能夠迅速啟動速斷跳閘裝置。但是，由于計算機發(fā)出指令運用的時間遠遠超出保護器速斷跳閘時間，所以需要選擇特殊保護器，將其應(yīng)用到地面通信系統(tǒng)中，在保證通信狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，可以將本地保護工作取消。如果通信狀態(tài)不穩(wěn)定，則需要切換本地保護功能。

3.2 運用智能配網(wǎng)解決越級跳閘

新時期背景下，科學技術(shù)發(fā)展迅速，將智能技術(shù)與防越級跳閘裝置有機融合，能夠有效提高電力設(shè)施運行安全性。眾所周知，煤礦井下系統(tǒng)本身具備高壓微機保護線路和設(shè)施設(shè)備。例如，總線S485就是煤礦井下系統(tǒng)中的重要組成部分，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將該通信設(shè)備轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)，同時在防越級跳閘設(shè)備所需的保護系統(tǒng)安裝防爆交換機，能夠使電能順利接入煤礦井下電力系統(tǒng)中。除此之外，相對傳統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)而言，智能化配網(wǎng)不僅性能良好，而且安裝維護便捷，可以從根本上解決供電系統(tǒng)越級跳閘問題，有利于為煤礦井下作業(yè)安全進行奠定良好基礎(chǔ)。

3.3 運用集成保護解決越級跳閘

集成保護需要對煤礦井下作業(yè)中所有電力設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集，包括電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)等，將這些數(shù)據(jù)輸入地面保護裝置中，能夠為煤礦作業(yè)管理奠定良好基礎(chǔ)。與此同時，集成保護還能夠從根源上避免電力波動問題，有效降低供電系統(tǒng)越級跳閘問題。

4 結(jié)語

綜上所述，煤礦開采過程中，由于井下環(huán)境復雜，作業(yè)管理粗放，導致電力設(shè)施在各種因素影響下產(chǎn)生故障，使得供電系統(tǒng)出現(xiàn)越級跳閘問題。嚴重時甚至會引發(fā)安全事故，對電力設(shè)備和工作人員造成不良影響。為了避免煤礦開采過程出現(xiàn)大面積斷電問題，不僅需要做好井下電力設(shè)施監(jiān)督、檢查工作，還要利用現(xiàn)代化技術(shù)構(gòu)建防越級跳閘系統(tǒng)，保證供電系統(tǒng)安全運行，為電力設(shè)施提供保護，促進井下作業(yè)安全進行，促進煤礦企業(yè)采礦作業(yè)向智能化、機械化、標準化趨勢不斷進步。