煤矿供电系统防越级跳闸技术应用

煤矿供电系统防越级跳闸技术应用

发表时间：2019-06-11T11:12:46.287Z 来源：《中国电气工程学报》2019年第3期作者：孟令义

[导读] 在我国煤炭开采过程中，由于地理条件、技术条件、管理条件等因素不同，以及其他相关因素的差异性和不确定性，致使煤矿企业供电系统越级跳闸问题普遍存在。这将给煤矿开采带来诸如大面积停电、电缆着火等方面的极大安全隐患。因此，结合保德煤矿在实际生产过程中出现的供电系统越级跳闸问题，分析了其原因，根据相关问题的规律性，总结经验，并提出了具体的解决措施。

引言

由于煤矿行业属于高危行业，且工作人员的日常工作环境也是十分的恶劣。这就使得工作人员在进行电缆回采的流程时，如果进行一定的摩擦或者供电系统使用了非常多的电量变频器，以及在这一过程当中还使用了软起动器等装置，就会导致工作系统的谐振过电压过多，容易使得煤矿内部的设备产生爆炸，这就是导致煤矿供电设备出现高压短路故障的根本原因。

1煤矿供电系统所出现越级跳闸现象的成因

矿井作业环境通常是封闭的、阴暗潮湿的，并且巷道往往都较为狭窄，因此，不利于作业人员开展相关工作。因为各个电路电流极为近似，由短路引发的电流会迅速飙到几千多安，这样极易使位于短路处级别以上的开关达到跳闸保护限制，若是遇到灵敏度更高的上一级开关，跳闸现象就会在此处瞬间发生，这就是常说的越级跳闸现象。该现象的严重程度若是一直提高，将导致地面的变电站开关出现跳闸现象，引发煤矿内部广范围停电现象的出现，有时还会引发主扇停风等事故的频繁出现，后果的严重程度可想而知。分析、研究表明，引发井下煤矿电路系统频繁发生越级跳闸结果的原因非常多，总的表现在下面三方面：

1.1短路保护整定难度提升

因为井下的煤矿供电系统具有复杂性，在线路零秒速断保护中缺乏保护区，只要线路故障产生，处于上级及几级之上的大部分开关都难以对线路电流发生的微妙变化进行感知，此时，多级开关零秒速断保护器会瞬间发生跳闸，这是越级跳闸的原因所在。并且大多数井下的供电系统缺乏时间级差，因此，过流保护整体存在较大困难，只要短路故障发生，越级跳闸就会立马出现。除此之外，煤矿井下频繁出现的防爆开关拒动问题也是引发越级跳闸现象的因素之一。

1.2光纤纵差保护的效果较差

目前，为井下供电系统提供保护的主体一般是光纤纵差保护。虽然该保护可以对越级跳闸问题进行一定避免，然而线路系统通常包含多端线路，简单的也是三端线路，解决起来较为困难，通常是由于光纤纵差保护所涉及的理论基础以两端线路理论为主，这对于三端线路的解决是存在不足的。

1.3失压保护整定难度高

在开关拒动现象出现时，大多数煤矿井下的保护线路会瞬间处在失压保护的状态中，并且一些开关还将出现不同程度的延时问题，这给失压保护整定带去了难题。除此之外，部分失压保护器的脱扣值精准度不高的问题也是影响失压保护整定的一大因素。若短路故障出现的位置和母线之间具有很近的距离，那么母线失压现象就极易出现，也会较易引发其他开关保护系统越级跳闸问题的发生。另外，井下所安置的开关的整体质量及作业人员的动作快慢同样是引发越级跳闸问题的关键因素。

2煤矿供电系统中越级跳闸存在的问题

电气设备和短电缆是煤矿开采过程中供电系统主要组成部分。电缆的抗阻性能相对其他材料较差，在实际生产过程中，矿井中两端的电缆短路电流的差值通常较大，与此相反，与电缆的两端短路电流的区别不大，因此，相关工作人员很难区分这2种情况。国内大多数矿井的高压保护措施不完善是供电系统的问题之一，易使供电系统保护失灵，进而导致较低的保护不能正常使用。当这种问题出现时，供电系统的上级保护装置会自动启动，这是越级跳闸现象发生的主要原因。以下对煤矿企业实际生产过程中常见的原因进行讨论。

2.1保护控制装置损坏

保护控制装置是一个可以保证供电系统正常运行的设备，主要用来控制供电系统的安全性。合适的保护控制装置对煤矿企业供电系统来说极其重要，同时，也将提高保护控制装置的性能，只有保护控制装置的高性能才能满足矿井中关于保护控制装置的相关标准。保护控制装置的作用主要是在煤炭开采过程中或设备运行中出现问题时及时报警，因此，该装置需要有极高的敏感性、反应性。如果一开始保护控制装置由于自身误差等原因启动缓慢，则会导致设备和生产过程的敏感性降低，这会使得该装置不能及时反映问题而引发事故。此外，如果保护控制设备自身存在问题，将对相应的危险信号做出错误的判断，从而导致越级跳闸问题的出现。

2.2矿井内部环境恶劣

煤矿井下开采与露天矿相比，矿井中空间有限、存在有毒有害气体并且湿度较大，这些因素的联合作用会对矿井中的电力设备造成一定程度的损害。如电力系统的变频器会在这种条件下产生一定的故障。

2.3电压问题

煤矿开采是一项复杂的工作，需要使用各种电气设备，特别是在煤矿开采的前期阶段，需要运行各种各样的设备和机械，很容易导致短期内电压不稳定。此外，外部环境因素也是影响电压不稳的重要因素，易引起电压发生波动。在电压波动的瞬间并不会触及安全警戒线的临界值，保护开关会自动启动，导致越级跳闸。

3防越级跳闸技术分析

3.1运用常规电力设备解决越级跳闸

因为在实际的煤矿作业中，一部分常规的电力监控系统的主要的工作原理是根据煤矿井外的变电所的电力供给，来对煤矿内部进行相应的观察与监控，但是如果内部的电网设备出现了故障，就会引起非常严重的安全问题，而且如果想要进行设备维修，由于煤矿内部的环境并不是特别好，煤矿井下的内部空间较为狭窄，并且周围的环境还十分恶劣，这就导致了煤矿供电系统相关防越级跳闸设备的安装十分困难，比在煤矿井下的日常作业要难得多。

3.2运用智能配网解决越级跳闸

而如果在对煤矿的供电系统防越级跳闸装置进行安装的过程中，采用智能配网的有效办法，就可以在很大程度上提升设施的安装效率以及运行效率，并且还可以把之前本来就有的很大一部分的，煤矿井下本身就存在的一些必不可少的高压微机保护的设备和线路，比如说非常重要的总线ＲS485，把这一重要的通信设备可以在原有的基础之上转换成为ＲJ45(以太网)，并且，在煤矿供电防越级跳闸设备所需要