【摘 要】煤礦井下供電越級(jí)跳閘現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，容易造成大面積停電，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)有極大的危害作用。本文針對(duì)目前供電系統(tǒng)運(yùn)行中，出現(xiàn)的越級(jí)跳閘現(xiàn)象，分析了越級(jí)跳閘原因和常規(guī)的幾種防越級(jí)跳閘技術(shù)，提出了基于GOOSE閉鎖短路保護(hù)技術(shù)，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】煤礦井下供電系統(tǒng)；防越級(jí)跳閘；應(yīng)用；推廣

0.前言

供電系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，隨著煤礦開(kāi)采的面積越來(lái)越大，供電系統(tǒng)向下延伸也越長(zhǎng)越廣，造成越級(jí)跳閘現(xiàn)象的原因就越多，越級(jí)跳閘會(huì)造成煤礦供電系統(tǒng)中大面積停電現(xiàn)象，破壞了供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)煤礦開(kāi)采生產(chǎn)和礦工安全造成巨大的危害。目前，煤礦井下供電防越級(jí)跳閘技術(shù)有很多，但隨著科技的發(fā)展，新技術(shù)的研究和推廣必將取代傳統(tǒng)技術(shù)。

1.煤礦井下供電越級(jí)跳閘原因分析

1.1傳統(tǒng)高壓防爆開(kāi)關(guān)柜工作電源回路不獨(dú)立，易造成越級(jí)跳閘

通常井下高壓防爆開(kāi)關(guān)的操作電源分為交流電壓操作回路和交流電流操作回路，由于配電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生多相短路故障時(shí)電壓會(huì)大幅度降低，短時(shí)間形成巨大的電流值，由于電流回路的電流值過(guò)大，供電保護(hù)自動(dòng)裝置的感受元件和執(zhí)行元件超過(guò)負(fù)荷，造成供電越級(jí)跳閘。

1.2線路故障時(shí)，易出現(xiàn)越級(jí)跳閘

煤礦井下供電系統(tǒng)復(fù)雜，線路短，存在三端線路多，線路的保護(hù)電流定值難以整定，在煤礦井下作業(yè)時(shí)，機(jī)械開(kāi)采、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)等等都是用電來(lái)完成的，造成用電范圍廣、用電量大現(xiàn)象。為了保證巨大的用電供應(yīng)，一些礦區(qū)形成煤礦井下多級(jí)采區(qū)變電站級(jí)聯(lián)的情況，這種現(xiàn)象不能通過(guò)增加時(shí)間級(jí)差實(shí)現(xiàn)各級(jí)線路保護(hù)的整定配合，一旦線路出行故障極易出現(xiàn)越級(jí)跳閘，導(dǎo)致大面積停電。

1.3電流保護(hù)時(shí)間級(jí)差無(wú)法配合，導(dǎo)致越級(jí)跳閘

由于井下饋線供電線路級(jí)數(shù)較多，受到供電管理部門(mén)要求，電流保護(hù)不能超過(guò)時(shí)限要求，按照通常的時(shí)間級(jí)差無(wú)法實(shí)現(xiàn)井下電流保護(hù)時(shí)限配合，出現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)時(shí)限不配合，形成越級(jí)跳閘。

1.4電流互感器影響，出現(xiàn)越級(jí)跳閘

井下電流互感器的保護(hù)級(jí)準(zhǔn)確度低，而每個(gè)電流互感器磁化曲線不同，斷路器綜合保護(hù)是電磁式保護(hù)裝置，所以保護(hù)的整定值與動(dòng)作值有一定的誤差，在短線路中上下以及動(dòng)作不一致的情況，這樣，電流互感器出現(xiàn)誤差，當(dāng)誤差值達(dá)到一定程度會(huì)出現(xiàn)越級(jí)誤動(dòng)作，出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

2.煤礦井下供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘常見(jiàn)的幾種技術(shù)

在煤礦井下開(kāi)采中越級(jí)跳閘在生產(chǎn)中比較常見(jiàn)，并且普遍存在故障問(wèn)題，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)影響很大，在煤礦井下越級(jí)跳閘故障的預(yù)防和控制時(shí)，常用以下幾種方法預(yù)防和控制，但是幾種方法都存在一定的弊端和缺陷，

2.1井下電氣閉鎖防越級(jí)跳閘技術(shù)

電氣閉鎖越級(jí)跳閘方式工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，進(jìn)行越級(jí)跳閘控制預(yù)防的目的也比較明確，但是，在井下使用電氣閉鎖防越級(jí)跳閘，卻往往難以達(dá)到預(yù)期的效果和目的，主要是井下開(kāi)采過(guò)程中，需要供電環(huán)境比較復(fù)雜，供電運(yùn)行中容易受到各種較強(qiáng)的因素干擾而發(fā)生誤跳以及發(fā)生拒動(dòng)情況，影響了電氣閉鎖在煤礦電氣系統(tǒng)越級(jí)跳閘的預(yù)防和控制效果；另外，在實(shí)際供電系統(tǒng)的變電所中，供電線路設(shè)計(jì)一般都是采用雙回路供電，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)倒換兩條進(jìn)線以并列的方式供電運(yùn)行，因此就需要供電線路中多條出線和提條進(jìn)線之間的閉鎖關(guān)系根據(jù)實(shí)際用電情況進(jìn)行調(diào)整，這樣就造成邏輯閉鎖實(shí)際設(shè)計(jì)更為復(fù)雜化，使用電纜線路連接數(shù)量也更加多，這樣，不但造成施工困難，還難以完成實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘控制；再者，電氣閉鎖方式進(jìn)行井下供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘故障預(yù)防時(shí)，由于電氣閉鎖本身的自檢信息不完善特點(diǎn)，容易導(dǎo)致此系統(tǒng)出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)與報(bào)警，檢修也比較困難，基于這間缺點(diǎn)，很少使用電氣閉鎖防越級(jí)跳閘技術(shù)。

2.2光纖縱差及縱聯(lián)防越級(jí)跳閘技術(shù)

使用光纖縱差防越級(jí)跳閘是利用光纖通信將輸電線路的電流值以及相關(guān)信息通過(guò)專(zhuān)用的光纖網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)到對(duì)端，用來(lái)判斷本線路范圍內(nèi)是否發(fā)生短路故障，一旦發(fā)生短路進(jìn)行自動(dòng)跳閘，能及時(shí)避免短路引起的安全事故，也叫光纖縱差及縱聯(lián)保護(hù)。光纖縱差和縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是能可靠實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性和快速性，缺點(diǎn)是光纖縱差保護(hù)需要實(shí)現(xiàn)線路兩側(cè)的電流信息同步處理，增加了光纖保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度，這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和使用，需要大量的專(zhuān)用通信光纜，導(dǎo)致供電系統(tǒng)線路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)復(fù)雜、增加供電網(wǎng)絡(luò)成本，另外，在井下惡劣的工作環(huán)境下，光纖和電纜都容易受到損傷和污染，導(dǎo)致光纖縱差保護(hù)丟失通信信道，失去防越級(jí)跳閘的保護(hù)。

2.3基于數(shù)字化變電站的集中式保護(hù)技術(shù)

數(shù)字化變電站技術(shù)是將信息的采集、處理、輸送過(guò)程轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站集中式保護(hù)技術(shù)必須基于所有井下保護(hù)控制單元設(shè)備具有光纖數(shù)字通訊接口，利用光纖網(wǎng)絡(luò)將井下各測(cè)量控制點(diǎn)的信息傳輸?shù)郊惺奖Ｗo(hù)控制器，在控制器中實(shí)現(xiàn)故障位置識(shí)別和跳閘出口控制，此技術(shù)，能有效識(shí)別和及時(shí)執(zhí)行跳閘命令，避免越級(jí)跳閘問(wèn)題。這種技術(shù)雖然用于煤礦井下供電系統(tǒng)是可行的，但是，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)同步技術(shù)是難點(diǎn)，而且過(guò)于依賴通訊系統(tǒng)，如果通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障就失去保護(hù)措施，風(fēng)險(xiǎn)也過(guò)于集中。

3.煤礦井下供電防越級(jí)跳閘新技術(shù)的應(yīng)用及推廣

3.1基于GOOSE閉鎖短路保護(hù)技術(shù)

越級(jí)跳閘的原因一般是因?yàn)樯舷录?jí)開(kāi)關(guān)短路無(wú)時(shí)間差和由于短路故障造成控制器電流過(guò)大，基于這兩種原因，GOOSE閉鎖短路保護(hù)技術(shù)的發(fā)明基于目前煤礦井下供電控制系統(tǒng)前提下，進(jìn)行改進(jìn)的最新防越級(jí)跳閘技術(shù)。這種技術(shù)是利用目前井下比較完善的監(jiān)控條件，將智能變電站用于實(shí)時(shí)跳閘信號(hào)、間隔邏輯閉鎖等信號(hào)的快速傳遞GOOSE閉鎖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在煤礦井下供電系統(tǒng)故障的選擇性跳閘，有效地避免大面積跳閘停電。

3.2基于GOOSE閉鎖的防越級(jí)跳閘基本原理

目前，大型煤礦井下都鋪設(shè)了光纖主干網(wǎng)，用于監(jiān)控系統(tǒng)，基于GOOSE閉鎖的短路保護(hù)控制器系統(tǒng)是利用現(xiàn)有的光纖實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，以太網(wǎng)通訊接口和GOOSE閉鎖有效時(shí)間定值，完成GOOSE閉鎖信號(hào)的處理和系統(tǒng)功能。比如：移動(dòng)變電站范圍內(nèi)出現(xiàn)短路故障，移動(dòng)變電站、采區(qū)變電站、井下中央變電站和地面變電站同時(shí)受到故障信號(hào)，通過(guò)GOOSE閉鎖技術(shù)，在有效時(shí)間內(nèi)移動(dòng)變電站的保護(hù)控制器跳閘關(guān)閉，而其他三個(gè)變電站收到移動(dòng)變電站閉鎖信息，如果在有效閉鎖的間定值內(nèi)后仍然滿足這三個(gè)變電站保護(hù)控制器的動(dòng)作條件，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性，同樣，其他線路發(fā)生短路故障動(dòng)作原理相同。

3.3基于GOOSE閉鎖的防越級(jí)跳閘推廣

基于GOOSE閉鎖短路保護(hù)控制器是最新的防越級(jí)跳閘控制技術(shù)，是采用ARM芯片STM32系列控制器，并通過(guò)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，應(yīng)在全國(guó)各大礦區(qū)進(jìn)行推廣，通過(guò)以點(diǎn)帶動(dòng)面，將具有監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦事先實(shí)現(xiàn)基于GOOSE閉鎖系統(tǒng)工程，并宣傳期具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、低成本、易改進(jìn)，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，使用基于GOOSE閉鎖控制器能解決煤礦井下供電防越級(jí)跳閘諸多問(wèn)題。

4.結(jié)語(yǔ)

總之，基于GOOSE閉鎖短路保護(hù)技術(shù)是一種相對(duì)成熟的防越級(jí)跳閘技術(shù)，在實(shí)際防越級(jí)跳閘保護(hù)中，起到重要的作用，但自身也存在一些缺點(diǎn)，相信，隨著科技的不斷發(fā)展，能逐漸實(shí)現(xiàn)完整的基于GOOSE閉鎖短路保護(hù)系統(tǒng)，提高供電安全。

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