摘要：电力系统的安全性和运行状态直接影响着煤矿的生产和安全。煤矿井下巷道狭窄、空气潮湿，存在着大量需要工作的设备，电缆也随着这些设备被拖，在此恶劣环境下使用的电器设备和电缆发生短路事故难以避免。越级跳闸造成井下大面积停电，不仅严重影响生产，而且很容易诱发事故，威胁矿井的安全。因此，解决煤矿井下供电系统短路引起的越级跳闸问题，对煤矿安全生产非常必要，意义重大。
关键词：煤矿；供电系统；跳闸
前言
随着我国煤炭企业向着大型化、安全化、自动化的方向发展，煤矿供电系统可靠性成为矿井安全和生产的重要指标。由于煤矿井下供配电网络运行环境和设备的特殊性，导致煤矿井下供配电系统会发生短路、过流、漏电以及由于电压波动引起的停电故障等供电故障。由于供电系统故障导致多种保护联锁动作，使供电系统故障排查极为困难，尤其在“越级跳闸”事故的发生时，依靠人工方式确定故障原因和故障位置，需要较长时间才能排除故障，恢复供电。因此矿井井下供电系统需要一种可全面监测各种运行参数，并能在供电系统发生故障时自动诊断故障原因，提供合理的解决方案的新型供电保护系统。
1 煤矿井下供电系统越级跳闸原因
（1）煤矿井下纵向供电网络各段电缆长度较短，当末端发生短路故障时，各段线路短路电流数值相差比较小，即使上下级回路在速断保护整定值上有一定极差，却起不到作用。对于速断保护来说，短路电流超过整定值就启动保护，保护装置无法判断是本段线路发生短路还是下段线路发生短路，经常造成上下级速断保护同时启动或上级速断保护抢先启动而越级跳闸。
（2）速断保护动作电流整定原则是整定电流应躲过本段线路末端的最大三相短路电流，这使得保护装置在系统最大运行方式下三相短路时，其保护范围最大，而当出现其他运行方式或其他类型故障时保护范围都要缩小，特别是在最小运行方式下发生两相短路故障时，保护范围最小。由于系统运行方式变化大，利用简单的电流型保护很难同时满足快速性、选择性和灵敏性的要求。
（3）即使依靠增加带有时限的限时速断保护也不能有效保证纵向选择性，由于时限差的设定受到电力部门和《煤矿安全规程》的限制，造成时限差过小，不能构成有效的纵向选择性短路速断保护系统，时限差与跳闸操作机构时间也难以配合，因此发生短路故障而导致越级跳闸难以避免。此外，还有电动机启动电流非周期分量、电缆参数误差、继电器质量、欠压保护等因素的影响。煤矿供电系统越级跳闸的根本原因是速断保护整定值不能随系统运行方式和故障类型而变化，以及各级供电线路比较短，各级保护整定值极差太小难以满足继电保护选择性要求。
由以上分析可知，煤矿井下供电系统采用多级短电缆供电，其生产采区面不断延伸，使得采区变电所远离电源，经过的保护开关级数增多，使得对保护整定值和时限的设置非常困难。并且传统的速断保护方案不适应煤矿井下供电网络特殊环境，造成线路发生短路故障时经常发生越级跳闸事故。煤矿井下供电系统发生越级跳闸，造成井下断电范围扩大，有的短路甚至越过多级，引起井下中央变电所进线馈出柜断路器跳闸，造成整个煤矿供电系统瘫痪。不但影响采区生产，更会造成井下风机停转，影响瓦斯排放，严重时可能引起煤矿爆炸。
2煤矿供电越级跳闸问题解决方案
2.1优化供电结构
为减少越级跳闸问题，可通过减少供电级数对煤矿供电结构进行调整，并且对机电设备加强检测维护管理，减少影响线路运行的不利因素。如，对于高爆开关固有动作时间问题，应对该开关设备加强维修管理，防止电容衰减及开关卡涩等问题的发生；应对电流互感器进行科学的鉴定，在鉴定过程中发现不合格产品要及时更换，对接地及屏蔽管理也要加强，降低负荷受系统波动的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，对井下关键线路的越级跳闸应该重点进行预防，如中央变电所、采区变电所及地面6/10kV变电所之间的越级跳闸，要对该线路结构进行优化改善。通过改善供电结构、加强设备维护管理等措施，可极大地减小越级跳闸问题发生的概率。
2.2科学设计速断保护
在煤矿供电系统中，发生短路电流较大的情况时，上下级必须要同时投入无时限的速断保护，但是在上级线路进行速断保护中可能出现启动跳闸的情况，因此就很可能不能起到防止高压供电系统越级跳闸的作用。新型速断保护的方案是基于单片机和串行通信进行设计的，它在电网发生短路故障后的0.2s内就能够有选择性地快速断电。这种在0.2s内就能够有选择性地快速断电的新型速断保护方案能够起到避免井下高压供电系统越级跳闸的作用，因此也就能起到避免大范围停电的作用，对煤矿井下的安全生产工作起到一定的保证。
2.3调整继电保护系统
在进行高爆开关的选择时，选择新型的性能高的高爆开关，比如永磁式操作机械类型的高爆开关，或者对原BGP型开关电流的保护动作时间进行更改，先前对短路的综合保护中有很多冗余的环节，因此要对其进行改变，采用微机综合保护代替传统继电保护，采用“面保护”和保护装置纵向关联相结合的防越级跳闸方法。将从前通常作为综合保护的冗余环节变为后备保护部分，以此来提高微保护动作的准确性和可靠性。此外，对于重要负荷尽量采用双回路或进行独立供电。例如风机一类，可采用独立供电的方式；对于一些关系到煤矿井下安全的重要负荷，可以采用双回路的供电方式进行供电设计。
2.4加强GOOSE通信技术应用
GOOSE是一种基于IEC61850标准定义的快速报文传输机制，GOOSE通信机制中报文的发送和接收分别由发布者和订阅者来执行。正常工作时，发布者以定时间隔（心跳时间）T0发送，当检测到跳闸信号时，立即发送跳闸和闭锁指令，然后以定时间隔T1发送2次跳闸和闭锁指令，以定时间隔T2、T3各发送一次跳闸和闭锁指令，直至收发稳定后，再以定时间隔T0发送。供电系统设计节点发生故障后，启动保护跳闸的同时按上述原理向上级网络节点发送GOOSE报文信息，实现上级节点跳闸闭锁功能，供电系统的越级跳闸原理如图1所示。
2.5做好设备维护与保养
对矿井内所有机电设备进行日常维护与保养是防止越级跳闸问题出现的关键措施。对机电设备要做好保护工作，尤其是在采掘面爆破及放顶等工作的开展中，要对电缆、机电设备等进行防护，防止设备被落石砸坏，进而避免带电体对地直接跳闸等问题的发生；同时也要加强对故障机电设备的维修工作，提高设备的绝缘性能。加大对井下机电设备的监督与管理，详细制定管理措施，加强对设备使用及操作人员的培训，使其能爱惜设备，提高设备运行中操作人员的责任心，避免误操作引起跳闸。
3结语
总而言之，越级跳闸问题是煤矿供电系统中经常出现的问题，对煤矿的经济效益及安全生产都带来不良影响，为避免该问题的发生，相关煤矿企业要加强对防越级跳闸技术的研究和实践，通过改变供电结构、加强设备管理，增强煤矿井下供电系统的安全性、可靠性。
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论文作者:马占标
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
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