矿井供电越级跳阐问题探究

矿井供电越级跳阐问题探究

康健陈学东

（中天合创能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市017000）

摘要：井下煤矿电网在进行供电作业时往往需穿越多级变电所，具备线路短、过流保护时限短、系统运行方式差异性大等诸多特点，这使得在运行过程中对其进行过流速断保护整定的难度较大，极易诱发越级跳闸现象，从而对井下生产作业的连续开展和人员安全造成一定威胁。本文对煤矿井下供配电系统发生越级跳闸问题的主要原因进行了阐述。

关键词：矿井；供电系统；越级跳闸；原因分析；解决方案

在煤矿井下供电系统中，由于其运行环境较为恶劣、影响因素较多，供电事故时有发生，除了自然气象因素外，还存在配用电电气设备制造上的缺陷、选型设计和安装调试不当、检修质量不高以及运行维护措施不到位等引起。在煤矿井下供电系统中，除了需要结合井下供电负荷要求采取相应技术措施消除或减少供电事故发生外，还需要借助先进的测控保护技术措施和装备，尽可能在最短时间内将故障设备或线路从整个煤矿井下供电系统中有效切除，确保非故障性电气设备或线路部分能够高效稳定的运行，缩小事故影响范围，提高供电经济效益。因此，对煤矿井供电越级跳闸原因进行归纳总结后，有针对性的采取相关处理措施有效提高井下供电系统运行可靠性，就显得非常有工程实践应用研究意义。

一、煤矿供电系统特点

我国一些大型煤矿负荷较大，一般采用35～110kV电压等级电源供电，线路长度较短，上级区变母线和本变电站高压侧母线短路电流相差较小。高压电源经过变压器降压到10kV后直接向各车间及井下供电，井下供电距离短，级数多，有的井下多达4级供电，加上高压侧区变1级将有6级供电。这样多级供电，由于上级区变对保护定值、动作时限的限制，整个矿井供电系统保护定值很难配合，极易发生越级跳闸，造成大面积跳电，威胁矿井生产安全。煤矿含有大量一类用电负荷，同时供电受着特殊环境影响，如井下高温、潮湿、粉尘、有害气体、冒顶及采区移动供电等会造成矿井供电事故频发，一旦越级跳闸造成大面积停电将可能造成矿井无法通风，可能引起瓦斯超限甚至爆炸，造成人员伤亡和财产损失事故。

二、煤矿井下供配电系统越级跳闸原因

从大量工程实践经验可知，煤矿井下供电系统发生越级跳闸的原因不仅仅是单纯短路故障或保护装置失效引起上级开关跳闸问题，其还保护继电保护方式、开关控制电源、电压波动等多个方面的原因。

1、继电保护方式引起越级跳闸。由于煤矿井下供电系统通常属于短路径供电系统，供电线路长度通常只有1-2km，当线路发生短路故障时，其线路首端与末端的短路电流值间相差较小，这就给保护装置保护整定动作可靠性和准确性提出了更高的要求，也就是基本不能依靠短路电流值来将故障区段从供电系统中有效排除。也就是说，电力行业常用的三段式过流保护方式在煤矿井下供电系统中，不能发挥出非常优越的保护性能，也就只能采用逐段延时跳闸的时间级差整定方式，这样势必会造成供电系统发生过流时开关同时启动保护跳闸动作，出现上级开关越级跳闸问题。另外，现有供电系统中常用的纵差保护方式，通常适用于长距离输电线路的短路保护，而煤矿井下供电系统不仅需要保护总降压变电所电源线路不发生越级跳闸问题，同时还需要当支路发生短路故障后，能够有选择性跳分支开关，避免总开关出现越级跳闸问题，造成其他非故障分支线路发生停电事故。也就是说常规纵差保护方式不适用于煤矿井下供电系统一条进线多支路的短距离过流保护作用，也就不能确保分支线路发生短路故障后配电总开关不发生越级跳闸问题，纵差保护应用范围和保护功能较为有限。

2、开关控制电源引起越级跳闸。由于煤矿井下供电系统中存在谐波、电压波动、瞬间失压、电涌、三相不平衡等不利工况。供电系统在这种恶劣的运行环境中，其控制和保护装置自身的开关控制电源很容易出现故障问题，从而造成分支线路发生短路故障后，控制和保护装置开关控制电源不能按照设计要求正常动作，进而引起保护控制装置发生“拒动”或“误动”问题，引起设备发生越级跳闸问题。

3、失压保护方式原因。为了防止带负载直接送电到井下，煤矿的高低压开关均设有失压脱扣器，失压脱扣器的动作特性为电压高于额定电压85%时，可靠吸合，高于额定电压65%时，保持吸合，低于35%时，可靠分断，35%~65%是不可靠工作段，而且失压脱扣器是机械速断动作，没有延时设置，由于煤矿短线路供电系统的特点，短路通常造成电压低于额定电压的65%，当短路故障造成的失压下降到额定电压65%以下时，失压脱扣器会先于设置延时的过流保护动作，造成过流延时保护设置失效，引起开关无序越级跳闸。

4、保护控制装置性能原因。煤矿开关现有的许多保护控制装置检测精度低、误差大、CPU运算速度慢，使保护灵敏度低，动作时间误差大，保护的实际动作值和设定值不一致，致使发生故障时开关不能按设定要求动作，或动作时间过长，开关拒动或误动，造成越级跳闸。现有许多保护器没有完善的硬件、软件故障自检报警和故障自动闭锁功能，当发生保护器接线错误、互感器断线、互感器故障时，会导致保护器因检测不到故障信号而拒动，保护器带故障运行，易引发误动跳闸，造成越级跳闸。

5、漏电装置保护选择性较差引起越级跳闸。为了防止或减少煤矿井下供电系统接地造成严重灾害事故发生，在煤矿安全规程中明确规定煤矿井下高压供配电网，必须采取相应技术措施限制单相接地电容电流在20A以内的范围。由于煤矿井下供电系统复杂结构，装设补偿装置进行故障选型的准确定位非常困难，而常用的功率方向性选择保护可能由于谐波、电气干扰等造成漏电保护功能失效或误动，从而造成供电系统发生漏电越级跳闸问题。

三、煤矿井下供电系统越级跳闸处理技术措施

基于数字化集成保护的防越级跳闸选取三层两网的数字化变电站框架，借助GPS同步技术，对整个系统的数据采样进行同步操作。其中，过程层隔爆开关中安设的保护装置具有合并功效，能同步完成对电压、电流、开关量等多个运行参数的采样，并借助光纤网络实时传输至间隔层集成测控系统中，测控系统在接收采样数据后通过逻辑分析，对系统的保护和操作发出相应指令，在保护出口的同时将指令信号通过光纤网络传输至过程层保护装置中，通过操控相应的继电装置完成相应保护操作。集成保护装置各功能全部实行模块化管理，在使用过程中应对各间隔相应的保护功能开展相应的软配置，也就是选取同保护功能相适应的控制模块。这使得其在更换间隔保护功能时只需重新进行软配置便可，无需重新配置硬件设施。一般而言，基于该原理进行井下供电的越级跳闸保护，通常需对井下各个开关的综合保护装置进行更换为具备合并功能的保护装置，并构建配套的电力监控系统，因此改造作业量相对较大。不过由于该系统具备良好的模块化设置，能方便地对各项保护功能进行针对性拓展，具备更广泛的适用性，能有效解决电流纵联差动保护应用中存在的不足。不过，该方案对数据采样的要求较为严苛，同时系统保护功能集中于集成保护中，因此在建设时通常选择双重化建设模式，投资成本较高。

越级跳闸作为井下供电系统中的常见故障类型之一，实现对其的有效解决是推动矿井生产高质、持续进行的必要保证。矿井管理者应对其高度重视，组织专业人员在立足矿井实际的基础上对越级跳闸故障原因开展分析，并结合新兴技术，探索针对性解决措施，从而为矿井综合效益的增长提供保障。

参考文献：

[1]黄雄，郝后堂，刘晓铭.煤矿井下供电防越级跳闸新技术［J］.煤炭工程，2014，46（1）：18-21.

[2]丁静波.煤矿供电越级跳闸问题解决方案研究［J］.煤炭科学技术，2014，42（2）：63-67.