史 詩(shī)

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司忻州窯礦，山西 大同 037000）

煤礦井下供電系統(tǒng)線路保護(hù)普遍存在高壓電網(wǎng)級(jí)聯(lián)開關(guān)眾多、供電半徑小、上下裝置定值匹配困難、失壓保護(hù)零時(shí)延、漏電保護(hù)裝置可選擇性差等問題，導(dǎo)致井下供電出現(xiàn)短路、過流故障，更為嚴(yán)重的是會(huì)產(chǎn)生越級(jí)跳閘事故，造成井下供電系統(tǒng)不能安全正常運(yùn)行，甚至?xí)?lái)人身傷亡事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。

1 礦井高壓電網(wǎng)發(fā)生越級(jí)跳閘事故的原因

（1）煤礦井下高壓電網(wǎng)級(jí)聯(lián)開關(guān)眾多，定值配合困難

由于供電距離遠(yuǎn)且線路短，存在三端或多端線路，無(wú)時(shí)間級(jí)差，無(wú)最小保護(hù)范圍，線路保護(hù)定值難以整定。同時(shí)井下環(huán)境特殊，存在多級(jí)采區(qū)變電站級(jí)聯(lián)（級(jí)聯(lián)開關(guān)已用黑色粗體標(biāo)注），如圖1，無(wú)法通過增加時(shí)間級(jí)差實(shí)現(xiàn)線路的整定配合，線路極易發(fā)生越級(jí)跳閘，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

圖1 忻州窯礦高壓電網(wǎng)開關(guān)級(jí)聯(lián)簡(jiǎn)圖

（2）煤礦井下供電短路多級(jí)保護(hù)發(fā)生動(dòng)作

由于煤礦井下高壓電網(wǎng)供電半徑小，短路容量大，而電纜阻抗很小，不同短路點(diǎn)的短路電流差別很小，定值匹配非常困難，當(dāng)某一供電支路短路時(shí)，短路電流往往使從短路點(diǎn)以上多級(jí)保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致越級(jí)跳閘事故發(fā)生。

（3）失壓保護(hù)零延時(shí)

保護(hù)器的失壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)延不能整定，工作面大功率設(shè)備重載啟動(dòng)時(shí)，會(huì)造成母線電壓瞬間降低，導(dǎo)致越級(jí)跳閘或大范圍跳閘。同時(shí)，饋線在距離母線很近的地方發(fā)生短路會(huì)導(dǎo)致母線電壓短時(shí)失壓，會(huì)使得該段母線上的開關(guān)欠壓脫扣跳閘引起越級(jí)。

（4）漏電保護(hù)性選擇性差

① 煤礦供電系統(tǒng)電網(wǎng)內(nèi)存在諧波，對(duì)保護(hù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響；② 零序電流互感器的特性存在差異，檢測(cè)到奇異信號(hào)、強(qiáng)烈信號(hào)或微弱信號(hào)，易出現(xiàn)失真，使得故障信號(hào)識(shí)別率降低；③ 接地方法不夠簡(jiǎn)潔，一般采用瞬時(shí)性接地和穩(wěn)定性接地，其中又包括電弧性接地和直接接地，導(dǎo)致故障信號(hào)復(fù)雜；④ 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中線路的距離、電網(wǎng)的補(bǔ)償程度以及系統(tǒng)的平衡度和保護(hù)都密不可分。

2 “分布式區(qū)域保護(hù)技術(shù)”的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)

2.1 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)介

忻州窯礦安裝的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，主要采用“分布式區(qū)域保護(hù)”技術(shù)，即當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路事故時(shí)，從地面變電站至短路點(diǎn)的相關(guān)保護(hù)均能在探測(cè)到短路電流后，同時(shí)迅速發(fā)出閉鎖信號(hào)，閉鎖各自的上級(jí)保護(hù)，只有離故障點(diǎn)最近保護(hù)不被閉鎖，能夠準(zhǔn)確、迅速地跳閘，切除故障。如圖2所示。

圖2 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)分布式區(qū)域保護(hù)圖

2.2 具體實(shí)施方案

忻州窯礦建立的井下電網(wǎng)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，是將井下九個(gè)變電硐室、地面入井線路開關(guān)，共計(jì)102臺(tái)保護(hù)裝置全部更新為具有防越級(jí)跳閘功能的保護(hù)器，搭建光纖環(huán)網(wǎng)通過GOOSE交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互并傳輸至地面電力監(jiān)控平臺(tái)，如圖3所示。

圖3 忻州窯礦礦井防越級(jí)跳閘系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

在地面建立井下電網(wǎng)電力監(jiān)控室，實(shí)時(shí)監(jiān)控井下高壓電網(wǎng)開關(guān)運(yùn)行狀況，并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警、事故報(bào)警、事故精確記錄，綜合分析及處置井下電網(wǎng)各類事故，即提升了事故處置效率，又為今后事故分析以及制定預(yù)防措施提供了依據(jù)。

通過詳細(xì)比較地面及井下繼電保護(hù)整定方案及實(shí)際情況，對(duì)井下電網(wǎng)繼電保護(hù)整定方案進(jìn)行優(yōu)化：

一是采用“標(biāo)么值”法準(zhǔn)確計(jì)算井下電網(wǎng)各級(jí)保護(hù)末端短路電流，如圖4所示。

圖4 “標(biāo)幺值”計(jì)算電網(wǎng)各級(jí)保護(hù)末端短路電流

二是井下高爆開關(guān)保護(hù)裝置采用三段式保護(hù)與地面供電系統(tǒng)進(jìn)行階梯式對(duì)接；

三是利用防越級(jí)跳閘系統(tǒng)實(shí)時(shí)、分時(shí)段運(yùn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)功能，定期根據(jù)統(tǒng)計(jì)的尖峰電流調(diào)整各級(jí)保護(hù)整定值，使各級(jí)保護(hù)整定值更加精確、匹配，更加合理。

3 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)在忻州窯礦的運(yùn)用情況

自2014年12月16日試運(yùn)行至今已將近4年，防越級(jí)跳閘系統(tǒng)共攔截短路事故10起、過流保護(hù)跳閘動(dòng)作15次、過載保護(hù)動(dòng)作20次，其中過流、過載保護(hù)均動(dòng)作于本級(jí)開關(guān)。所發(fā)生的10起短路事故僅有兩起越級(jí)了一級(jí)保護(hù)—跳閘至采區(qū)變電所總開關(guān)，其他幾起較好地起到了防越級(jí)跳閘作用，并能有效輔助完善供電管理。

2015年2月11日晚上7點(diǎn)半左右，東三盤區(qū)機(jī)三一組2507掘進(jìn)工作面機(jī)組電纜受到擠壓，發(fā)生漏電故障，隊(duì)組對(duì)電纜故障進(jìn)行處理時(shí)，將工作面送機(jī)組移變高壓側(cè)開關(guān)停電并拉開了隔離開關(guān)。

當(dāng)電纜故障處理完畢后，恢復(fù)供電時(shí)，由于移變隔離開關(guān)未閉合到位（即動(dòng)靜觸頭虛接），發(fā)生過電流，電流值達(dá)到3108A。此時(shí)井下高壓供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)檢測(cè)到過電流值，向上級(jí)保護(hù)發(fā)送閉鎖信號(hào)，閉鎖了石巖莊中央變電所總分路開關(guān)，最終頂閘到采區(qū)變電所（東三二變1#總開關(guān)）。因過電流值太大達(dá)到了入井所有線路過電流保護(hù)整定值，雖然越了一級(jí)保護(hù)，跳閘至東三二變1#總開關(guān)，但亦很好地起到了防越級(jí)跳閘功能。

4 安裝前后的對(duì)比情況

2014年12月忻州窯礦防越級(jí)跳閘正式投入使用（表1），在未安裝防越級(jí)跳閘前，礦井供電綜合保護(hù)裝置通過上下級(jí)之間定值配合只能攔截短路事故、過流保護(hù)跳閘動(dòng)作、過載保護(hù)動(dòng)作故障次數(shù)非常少，而安裝防越級(jí)跳閘系統(tǒng)后，礦井供電系統(tǒng)通過定值和防越級(jí)跳閘配合，使得攔截短路事故、過流保護(hù)跳閘動(dòng)作、過載保護(hù)動(dòng)作故障次數(shù)明顯增多，能更好地防止供電系統(tǒng)因越級(jí)跳閘引起大面積停電事故的發(fā)生。

表1 安裝前后事故發(fā)生頻次對(duì)比