针对煤矿供电短路故障越级跳闸问题解决方案研究

摘 要：由于煤矿井下各供电点在进行设计时，彼此之间距离较短，常规的方法计算出的三段式电流保护定值不够准确，在供电系统发生短路故障后，极易导致越级跳闸问题频繁发生。文章针对煤矿供电越级跳闸问题解决方案作出探讨。

关键词：煤矿供电；越级跳闸；解决方案

随着煤矿机械化程度的提高，煤矿电力系统的安全运行逐渐被重视。由于煤矿井下工作场所环境较差，电缆在来回拖拽时极易造成其绝缘保护层损坏，机械运输设备也时常出现挤伤电缆事故，这些现象都会导致井下供电系统发生相间短路事故，同时因井下供电线路距离短，分级多，更容易导致越级跳闸事故的发生。越级跳闸所造成的后果不仅仅是大面积的停电，影响煤矿的生产效益，更重要的是还将对煤矿井下工作人员及矿井安全带来威胁。因此煤矿供电越级跳闸问题的解决就显得尤为重要。

1 越级跳闸问题的解决方案

1.1 电力监控的解决方法

对于常规的电力监控，通常是在中央变电所或采区变电所出线开关保护的线路在运行期间出现了故障或遭遇了较大程度的冲击力（短路故障），就会促使其保护装置投入运行，同时将其保护装置启动信号传输至到中央变电所或者采区变电所进线开关的保护装置。

中央变电所或者采区变电所进线开关保护装置在对故障信号进行处理的同时接收到出线开关保护装置的启动信号，将延时启动本保护装置速断保护。如在规定时间内未接收到出线开关的跳闸信号，进线开关保护装置将后备保护跳闸；如在规定时间内出线开关跳闸，进线开关保护装置将恢复正常状态。

1.2 光纤纵差的解决方法

在煤矿井下供电系统中，光纤纵差保护一般为保护地面变电所至中央变电所或中央变电所至采区变电所的重要负荷电缆线路，安装于被保护电缆线路两端的开关上。保护装置的工作原理主要是通过比对本侧三相电流及对侧三相电流，研究其变化，根据变化的状况及计算出的三相电流的矢量和是否为零进行判断，并根据电流互感器二侧流过的电流值，与保护动作鉴定值进行比较，如果不小于鉴定值，保护装置动作，跳开故障线路两侧开关。2 集成保护式的解决方法

在地面变电站集成保护的基础上，我们探索出井下供电集成保护式的方法。在煤矿井下供电系统中，我们通过对高压供电开关电信号进行瞬时采样，随后将获取到的采样值通过固定的光纤电缆传讯通道传输到主控计算机，通过该主控计算机对电流的计算和判断，集成保护主机通过光纤电缆传讯通道向距离故障点路程较短的微机保护下达跳闸命令，离故障点最近的断路器将会对短路故障进行排除。如果通道出现问题，将关闭集成保护工作模式，将工作模式转变为每台高压供电开关各自保护工作的常规方式。如图3。

3 智能配网的解决方法

在井下供电系统中，我们利用下级变电站保护动作信号或馈出线保护动作信号经矿井高速以太网快速闭锁本线路保护的速断保护功能，从而在确保快速的同时又具有了可选择性。

智能配网的解决方法是采用某些方法将智能配网中的故障快速隔离起来：当配网系统发现故障、相关速断保护装置启动的同时，还会向上一级配网系统发出闭锁信号。不仅如此，整个配网系统还具备对下一级系统进行检测的能力，即判断出下一级配网是否有闭锁信息发出。根据判断结果，实施下一步程序。即如果检测到下一级配网发出了闭锁信息，那么就对速断出口进行闭锁。相反，如果下一级配网没有检测到闭锁信息，那么这时，配网系统就会出现一个短延时，然后跳闸。

通常情况下，短延时的时长与下一级配网闭锁信息的传输时间相关。经过测算，研究人员发现：在4级以下的配网中，短延时的时长通常≥35ms。这样才能更好地保证闭锁信息传输的可靠、顺畅。（见图4）

4 越级跳闸问题解决方案的分析

4.1 简单易行方面

针对上文提到的电力监控、光纤纵差、及集成保护来说，站内电缆或光纤以及站与站之间的光纤的连接都需要以传统的安装方式进行，这对于现场工作具有一定的麻烦性。而智能配网却大不相同，智能配网只需将通讯方式做转变，将RS485通讯改为以太网，因此总体而言比其他三种方案在现场改造方面容易得多。

4.2 可靠性方面

在以上四种方案中，电力监控和智能配网方案采用的都是，当线路出现短路故障时，由下级配网系统负责故障检测。如果检测到故障电流，那么下级配网系统就会给上级配网系统传输故障信息，从而实现了上级配网系统的短时闭锁，进而达到速断保护的目的。因此，电力监控和智能配网方案在所有的煤矿供电越级跳闸解决方案中，属于可靠性较高的方案。

光纤纵差保护方案普遍应用于井上供电系统。当运用到井下联络线时，对于普通的故障（故障发生在联络线之间）来说，效果也比较显著；但是对于特殊故障（发生在母线上的故障）来说，效果则不尽如人意，如偶尔发生越级跳闸现象、存在保护死区等等。

集成保护方案，其系统结构较为复杂，而且在及时采样方面，同步要求比较高。从而导致排除故障时间的不确定性，即排除故障的时间不能保证完全控制在速断时间内。

4.3 先进性方面

为了改善煤矿井下供电系统，我们需要将成熟的技术加以利用。井上供电技术要合理地科学性地运用到井下。集成保护正是一项值得考虑的技术，集成保护综合了IT技术的先进性，对处理器的运算速度也作了相应的改进和提升。即使在只有一台主机的情况下，也能将全站测量保护及监控的功能包揽下来。

4.4 标准化方面

煤矿针对供电设备的标准，井上与井下存在较大差异。煤矿井下供电设备的标准往往落后于井上，这是由历史原因和专业限制导致的。例如对于微机的保护装置，井上都具有完整的一套标准体系，涵盖了多种的技术指标和参数。而井下则仅有为数不多的要求，使得各项相关设备的性能不统一。在文章提到的解决方法中所涉及到的设备标准也有差别。制定统一的标准化的煤矿供电设备也是为今后的供电需求打下基础。

5 结束语

煤矿供电系统越级跳闸问题一直存在于煤矿日常工作中，随着煤矿事业的发展及诸多应用于煤矿中的新技术的相继问世，使得煤矿供电系统中存在的问题在解决上有了可供选择的解决方案，近几年基于IEC61850标准的智能配网方案在煤矿供电系统中得以应用，其可靠性也在应用中得以证实。这种不改变原有安装方式和网络结构的方法不仅解决了煤矿高压供电的问题，更推动了煤矿高压供电技术领域的研究和发展。对此国家也将颁布新的政策和标准，对煤矿供电的规范进一步地加强，从而在根本上预防了对矿井和矿工生命造成威胁事故的发生。

参考文献

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