安徽理工大學(xué) 錢張康

文章簡(jiǎn)要討論礦井供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘問題，防越級(jí)跳閘方案以及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

引言：隨著時(shí)代的進(jìn)步，電力的發(fā)展尤為迅速。我國(guó)以火力發(fā)電為主，煤礦的開采必不可少。擁有一個(gè)安全穩(wěn)定的供電系統(tǒng)對(duì)于礦井作業(yè)是極為重要的，本文簡(jiǎn)要討論了礦井供電系統(tǒng)中常出現(xiàn)的越級(jí)跳閘的問題，防越級(jí)跳閘的具體方案以及該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

1 礦井作業(yè)出現(xiàn)的越級(jí)跳閘事故的原因

煤炭事業(yè)的發(fā)展總是伴隨著不少事故災(zāi)難。礦井作業(yè)環(huán)境十分惡劣，井中道路狹窄以及常年潮濕的空氣環(huán)境，使得礦井供電系統(tǒng)設(shè)備，線路更容易氧化漏電，甚至有頻繁的短路事故，導(dǎo)致大面積停電.其次我國(guó)礦井供電系統(tǒng)大多采用的是復(fù)雜的供電線路極短，延伸級(jí)數(shù)多的多級(jí)輻射狀的供電網(wǎng)絡(luò)。這種復(fù)雜的電力線網(wǎng)絡(luò)使得各線路的短路電流非常接近，只要一處發(fā)生短路，此處的短路電流就會(huì)以最短的時(shí)間急速上升至幾千安培。這種情況便會(huì)超出各級(jí)保護(hù)的動(dòng)作電流，使得各級(jí)靈敏度紊亂。假使上級(jí)速斷保護(hù)的靈敏度高于本保護(hù)，那么上級(jí)保護(hù)優(yōu)先做出動(dòng)作，提前本保護(hù)跳閘，導(dǎo)致越級(jí)跳閘。如果短路電流因?yàn)槟承└蓴_因素而突破幾萬安培，嚴(yán)重的極有可能導(dǎo)致礦井中供電系統(tǒng)的總閘跳開，使得井下作業(yè)全面癱瘓。

礦井短路電流分析：

在礦井作業(yè)中，由于環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)的短路導(dǎo)致產(chǎn)生的短路電流數(shù)值很大。所以計(jì)算短路電流值對(duì)電力系統(tǒng)分析來說是一件不可缺少的環(huán)節(jié)。這里以位處宜興地區(qū)的5-2煤盤區(qū)為例進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。針對(duì)此礦井供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的分析，首先要計(jì)算出短路電流，短路全電流等基本要素。這里要注意的是，一般情況下電氣設(shè)備以及載流導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性是通過短路全電流的最大有效值來衡量的。以某機(jī)構(gòu)提供的信息，甲礦井是110kv的變電站，母線電壓也為110kv，計(jì)算母線的總阻抗（這里使用標(biāo)幺值計(jì)算）：

因此可以利用本礦井變電站母線短路電流26.99kA以及該電廠的母線短路電流16.57KA來計(jì)算短路電流。35KV供電線長(zhǎng)度、基準(zhǔn)容量以及基準(zhǔn)電壓依次取值為3千米、100MVA，平均電壓。短路電流計(jì)算結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過簡(jiǎn)要分析，礦井供電系統(tǒng)超載跳閘有多種原因。1）礦井中供電系統(tǒng)的線路分布的不合理，短路保護(hù)整定不易。由于較短的供電線路，供電系統(tǒng)首末端短路電流差幾乎為零，并且電力線路中電流的變化相對(duì)平緩，這就使得繼電保護(hù)的范圍減小。速斷保護(hù)不能正確作用，進(jìn)而出現(xiàn)上級(jí)速斷動(dòng)作更快而導(dǎo)致的越級(jí)跳閘（肖立強(qiáng),王曄,閏葉俊.煤礦井下高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的原因及防治措施[J].煤礦現(xiàn)代化,2010,6(3):31）。2）礦井中供電系統(tǒng)的開關(guān)分配不合理。礦井作業(yè)中經(jīng)常產(chǎn)生易燃易爆的瓦斯等氣體，因此安裝了高壓防爆開關(guān)。防爆開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間與繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間及其固有動(dòng)作時(shí)間密切相關(guān)。礦井中，潮濕的環(huán)境會(huì)延遲高壓防爆開關(guān)本身固有的動(dòng)作時(shí)間，因此，當(dāng)發(fā)生短路事故時(shí)，地下防爆開關(guān)的移動(dòng)速度比地面高壓防爆開關(guān)慢，從而導(dǎo)致礦井供電系統(tǒng)的越級(jí)跳閘（戶守巖.煤礦井下高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘防治措施[J].山東煤炭科技,2016(8):112-113）。

表1 短路電流計(jì)算結(jié)果

2 防越級(jí)跳閘電路基本原理簡(jiǎn)述

（1）現(xiàn)今礦井防越級(jí)跳閘系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)，正常都是嚴(yán)格按照IEc61850 G00sE國(guó)際規(guī)約進(jìn)行安排的。信息傳遞上針對(duì)以往傳輸通道進(jìn)行改進(jìn)，采取IEC 61850 GOOSE技術(shù)完成以太網(wǎng)IEc 61850 IEC6187、5、104、隔爆交換機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)、地面監(jiān)控、監(jiān)控，保護(hù)系統(tǒng)之間的信息傳遞工作。由于礦井中環(huán)境惡劣，礦井中的保護(hù)設(shè)備會(huì)定期維護(hù)更換，當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)效果更好的新設(shè)備，礦井中的保護(hù)裝置全部都會(huì)立即被替換掉。裝置與所有交換機(jī)的信息傳遞全部通過礦井中鋪設(shè)的電纜線路完成，利用電纜線路傳遞信息的快速準(zhǔn)確性，保護(hù)裝置與地面的交換機(jī)可以第一時(shí)間完成信息交流，極大的減少短路故障時(shí)信息采集時(shí)間和處理時(shí)間，這使得距離故障點(diǎn)最近的保護(hù)裝置可以最快速度做出反應(yīng)，切斷故障線路，盡可能地相對(duì)擴(kuò)充上級(jí)保護(hù)所需要的延遲時(shí)間，避開越級(jí)跳閘。

（2）有信息采集就離不開信息采集后的數(shù)據(jù)分析，礦井供電系統(tǒng)中針對(duì)電路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用評(píng)估法。當(dāng)電路某線路發(fā)生故障時(shí)，通過分析保護(hù)裝置與交換機(jī)之間的傳遞信息，以及各級(jí)保護(hù)開關(guān)的狀態(tài)，估算出故障線路的原因與具體線路位置，保證距離故障點(diǎn)最近的保護(hù)設(shè)備快速切斷故障線路，幾乎無時(shí)差的解決故障帶來的問題，保護(hù)礦井供電系統(tǒng)正常線路的穩(wěn)定運(yùn)行。由于保護(hù)設(shè)置的零時(shí)差保護(hù)，防越級(jí)跳閘系統(tǒng)更加及時(shí)準(zhǔn)確。如圖2所示，防越級(jí)跳閘系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電纜線路、聯(lián)縱差保護(hù)器結(jié)構(gòu)組成。該系統(tǒng)中各級(jí)的縱差保護(hù)器的差動(dòng)通訊時(shí)直接連在一起的，簡(jiǎn)單，有效的構(gòu)成信息交流網(wǎng)。在通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，光纜等元件的連接，構(gòu)成完整的信息交流縱差環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，通常情況下通過監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)地面交換機(jī)的電力調(diào)度要求，達(dá)到礦井供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控（劉躍.防越級(jí)跳閘技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能,2017）。

（3）供電系統(tǒng)中繼電保護(hù)拋棄了傳統(tǒng)的過電流速斷保護(hù)系統(tǒng)，采用多使用集中式的保護(hù)方法，將電網(wǎng)絡(luò)中的各種信息集中傳遞到地面的控制系統(tǒng)中，并且添加了差動(dòng)保護(hù)彌補(bǔ)過電流速斷保護(hù)的空缺，形成了一種新型的主保護(hù)體系。該體系通過保護(hù)檢測(cè)裝置，利用地面主機(jī)的差動(dòng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的零時(shí)差動(dòng)作，達(dá)到縱差保護(hù)的目的（劉躍.防越級(jí)跳閘技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能,2017）。

圖1 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)組成圖

3 礦井供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘的方案分析

（1）礦井供電系統(tǒng)線路分布合理化。針對(duì)礦井供電系統(tǒng)中排水閥等場(chǎng)所，使用單獨(dú)的電源或雙回路電源。所以當(dāng)電源線短路時(shí)，另一個(gè)供電回路可以立即啟動(dòng)，以降低地下大停電的可能性。提高礦井供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

（2）礦井供電系統(tǒng)開關(guān)合理化分配。針對(duì)高雅防爆開關(guān)的延遲問題，改造高雅保護(hù)器，使傳統(tǒng)的電流三段保護(hù)發(fā)揮應(yīng)有的作用，動(dòng)作時(shí)間控制在毫秒單位，而且可以在0到3秒范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)。

（3）礦井供電系統(tǒng)速斷方案合理化。為了供電系統(tǒng)更加穩(wěn)定安全，可以安裝微機(jī)綜合保護(hù)裝置。當(dāng)線路某處發(fā)生短路，短路點(diǎn)上各級(jí)保護(hù)接收到短路信號(hào)，下級(jí)并沒有短路電流流過，下級(jí)保護(hù)不發(fā)出短路信號(hào)。短路鎖定信號(hào)連接至上位 微機(jī)綜合保護(hù)裝置的輸入端，直接阻斷上位開關(guān)快斷功能，防止其立即跳閘。而靠近短路點(diǎn)的一級(jí)開關(guān)因?yàn)橄乱患?jí)沒有發(fā)出短路信息而不被閉鎖，從而速斷，切除故障電路，防止越級(jí)跳閘的發(fā)生（戶守巖.煤礦井下高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘防治措施[J].山東煤炭科技,2016(8):112-113）。

4 防越級(jí)跳閘實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

在預(yù)防越級(jí)跳閘過程中要嚴(yán)格遵守以下幾點(diǎn)：1)礦井電力系統(tǒng)中任何保護(hù)裝置都必須經(jīng)過國(guó)家部門檢驗(yàn)合格，滿足井下防爆的標(biāo)準(zhǔn)；2）保護(hù)裝置以及電力線路分配合理，不能集中分配于一處，分離散開安置，提高安全系數(shù)，減小危險(xiǎn)因素；3)提高礦井中的防爆裝置、保護(hù)裝置以及通訊裝置的抗干擾能力，盡可能優(yōu)化井下環(huán)境，減少干擾因素；4）在設(shè)計(jì)時(shí)，防越級(jí)跳閘裝置應(yīng)要有完整的故障波形記錄以及分析能力，要求準(zhǔn)確性高，抗干擾能力強(qiáng)。

5 總結(jié)

我國(guó)礦井作業(yè)環(huán)境惡劣，空氣潮濕，且極易產(chǎn)生易燃易爆氣體，為了提高中國(guó)煤礦作業(yè)的安全，礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。應(yīng)進(jìn)一步提高防越級(jí)跳閘的靈敏性，可靠性，速動(dòng)性，加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。