煤矿高压供电越级跳闸事故原因分析

煤矿高压供电越级跳闸事故原因分析

姚兴利

(陕西省彬县水帘洞煤炭有限责任公司陕西彬州713500)

摘要：井下过电流是煤矿高压电网运行管理中经常遇见的故障，它直接影响整个供电系统运行的可靠性。一般情况下，煤矿使用的过流保护方法时限设定会受到上一级供电时限的制约。由此可知，纵向选择过流保护时存在较大的问题，可能会发生井下高压电网越级跳闸故障，甚至引发多级跳闸故障。这种情况不仅会导致大面积井下供电系统被中断，严重时还会引发瓦斯积聚等安全问题，进而威胁矿井生产安全。基于此，文章就煤矿高压供电越级跳闸事故原因展开分析和探讨。

关键词：煤矿；高压供电；越级跳闸；事故分析

1煤矿高压供电越级跳闸主要原因

1.1失压保护零时延

保护器的失压保护动作时延不能整定，工作面大功率设备重载启动时，会造成母线电压瞬间降低，导致越级跳闸或大范围跳闸。同时，馈线在距离母线很近的地方发生短路会导致母线电压短时失压，会使得该段母线上的开关欠压脱扣跳闸引起越级。

1.2速断过流保护定值无法整定

由于供电距离远且线路短，存在三端或多端线路，无时间级差，无最小保护范围，线路保护定值难以整定。同时井下环境特殊，存在多级采区变电站级联，无法通过增加时间级差实现线路的整定配合，线路极易发生越级跳闸，对煤矿的安全生产造成严重影响。

1.3供电线短路

若发生井下供电线短路，则会有大量电流通过。长距离供电线路中，首端和末端的短路电流差别较大，短路电流变化趋势较陡，继电保护的范围就较大。若线路供电时间较短，短路电流会在线路首端和末端呈现相似的电流值，此时其电流变化呈现平缓趋势，在达到预设可靠指标时，会逐渐缩减速断保护的范围最终消亡。井下煤矿供电网络多以长度较短的多段电缆线路为主，难以区分上下级的短路电流情况，此时几乎没有速断保护，速断保护为零，而发生短路将产生较大电流，需同时满足上下级保护动作的条件，而难以保证同时满足上下级保护动作的规定条件时，越级跳闸行为就会产生。现阶段井下智能化管理为供电保护的主要方法，如：若有短路故障发生在下一级电路时，同时启动上下级保护措施，可避免上下级同时发生短路故障，防止越级跳闸发生。

1.4漏电保护装置的可选择性差

（1）煤矿供电系统电网内存在谐波，对保护产生严重影响；（2）零序电流互感器的特性存在差异，检测到奇异信号、强烈信号或微弱信号时，易出现失真，使得故障信号识别率降低；（3）接地方法不够简洁，一般采用瞬时性接地和稳定性接地，其中又包括电弧性接地和直接接地，导致故障信号复杂；（4）电力系统网络中线路的距离、电网的补偿程度以及系统的平衡度与保护都密不可分。

1.5电流互感器影响

一般情况下，电流互感器在保护级准确度方面较低，同时，其磁化感应曲线也存在一定的差异。矿井断路器一般选择电磁式保护，这就会造成保护的整定值与动作值之间存在一定的误差，具体表现为上一级出现保护动作时下级不动作。以图1线路结构为例，由于节点1与节点2电流保护动作值较为接近，如果产生电流互感器误差，保护越级误动作出现的概率就大大提高了。

图1煤矿馈线供电结构示意图

2高压供电越级跳闸改善对策

2.1加强日常电气管理

对供电系统进行优化，有效降低不合理供电。对电缆管理进行强化，保证电缆吊挂、电缆接头的有效合格率，降低电缆事故的发生率。加强日常定检，对电气隐患进行及时检测与维修，以此确保设备始终完好运转。及时调整系统由于阻抗发生变化而产生的问题，如试验鉴定电流互感器，对不合格电流互感器及时更换。

2.2双回路供电或独立供电在关键负荷的应用

当前，煤矿井下主要通过级短电缆网络的手段进行供电，并以相关要求为标准，设置采区排水泵房。变电所排水中心泵房供电方式为单独双回路，使得在某回路中主线部分线断电时，气压泵房线路仍可以正常工作，还可承担本处断路产生的负荷。在供电技术不断发展进步的时代，煤矿井下处理高压电网越级跳闸的主要方案是优化设计供电组合。

2.3将专用保护后备电源配置在防爆开关中

在防爆开关保护器中安装专用可持续保护的后备电源，以此保证若故障发生在开关主电路时，保护设备仍可提供稳定的电源，保证电路稳定运行，以此保证即使故障存在，开关仍可正常稳定运转，防止由于线路故障导致保护电源开关控制出现中断供电或供电波动等问题。若难以保证开关控制正常稳定运行，开关拒动现象、开关误动现象均会引发越级跳闸。配置持续后备电源可有效增强保护控制设备的抗电源干扰性，防止因受电磁干扰使开关控制误动引发跳闸。

3矿井供电系统防越级跳闸技术

在实际生产中，我们常见的矿井供电系统防越级跳闸技术主要有三种:采用最新的网络智能继电保护、给防爆开关加装独立电源以及以GOOSE闭锁为基础的短路保护。若选用网络智能继电保护技术可对矿井供电系统进行有效的全线防越级保护，该种保护易设置，且具有较高的可靠性，灵敏性也相对较好，但实际改造作业投资过大，成本较高。另外给防爆开关装设专用后备电源，这样可很好解决由于线路发生故障，引发保护装置供电电源波动带来的越级跳闸问题，但若想增设独立电源必须进行独立布线，这样一方面操作起来较繁琐，另一方面会显著增大防越级跳闸成本，具有一定局限性。对此，本文主要研究采用以GOOSE闭锁为基础的短路保护进行防越级跳闸。

基于GOOSE闭锁的保护技术属于一种可进行选择性的保护技术，其主要是以矿井当前的以太网为基础，借助以太网把开关动作信号通过GOOSE技术向开关设备进行传输，以达到选择性跳闸的目的。该项技术不仅相对较好实现，而且可靠性相对较高，实际经济性也相对较好。

当前很多矿井都铺设了光纤主干网，供电系统中的很多保护大多以各种形式接入了监控系统。基于GOOSE闭锁的短路保护系统，可

通过在当前的保护上加设必要的以太网接口，并对GOOSE的有效闭锁时间进行整定，以让GOOSE的各种动作信号都在通讯接口上完成，统一管理整个供电系统，当系统出现故障后，进行选择保护，以实现最终有效防止矿井供电系统越级跳闸的目的。

图2矿井供电故障示意图

当矿井供电系统出现故障时，其实际等效电路如图2所示，当图中的k4出现故障时，故障电流在各点都可检测到，当电流处于动作范围后，所装设的保护盒会进行相应的分析处理会自动发送GOOSE闭锁报告，在把GOOSE初始化有效完成后，保护盒1、保护盒2以及保护盒3会在闭锁间进行定值，不会发生任何动作，而是4开始动作，以及时切除相应的故障线路，在切除后，若故障电流值还在动作条件范围内，则会依据上述顺序，由3点把具体故障线路切除，而保护盒1与保护盒2不发生动作，这样可达到最小面积停电，以最快的速度把相关故障线切除，进而确保整个矿井供电系统的顺利有序运行。

4结语

总之，越级跳闸是制约煤矿井下安全供电的一个关键要素，倘若出现这种类型的故障，那么就会造成比较大的危害，其中不但有技术上的原因，而且存在人为方面的原因。基于此，这也给相关技术人员提出了新的要求，希望本文阐述能够进一步为相关研究提供有效参考。

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