摘要：目前我国经济建设发展迅速，煤矿企业为我国发展做出了很大贡献。本文主要探讨了煤矿中常见的煤矿供电系统越级跳闸问题，对该故障的类型进行了具体的分析，并且提出了相应的解决措施，希望通过本文的论述，可以为煤矿企业在煤矿供电系统防越级跳闸应用方面的工作提出一定参考性意见。
关键词：煤矿供电系统；防越级；跳闸技术；应用分析
引言
井下煤矿电网在进行供电作业时往往需要穿过多级变电所，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，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构成一定威胁。鉴于此，针对煤矿供电越级跳闸现象开展积极研究，探索不同越级跳闸方案的应用性，对提升煤矿作业的持续性和安全性有着积极意义。
1煤矿供电系统越级跳闸现象的概述
1.1煤矿供电系统越级跳闸的类型及其原理
在煤矿企业的煤矿开采作业中，供电系统的越级跳闸是影响煤矿进行有效开采的重要因素之一。我国煤矿发生供电系统越级跳闸的原因主要有以下四方面，分别是供电线路问题、开关控制问题、失压保护问题以及运行方式不匹配问题。
供电线路问题主要是由于供电线路较短导致的，一般情况下，煤矿在建设以及开采过程中所使用的煤矿供电线路在1km到3km之间，并且供电线路的电流值波动较小，因此一旦供电线路出现障碍，只能采取逐级检查的方式来确定故障位置，在等级较少时采取逐级检查的方法可以有效确定故障部位，但是一旦线路等级过多，将会造成大量的时间延误，造成停工、停产，给企业带来较为严重的经济损失。开关电源控制问题主要是由于电源装置引起的，当供电系统发生故障时，将可能导致线路中的电流出现波动，进而影响电压的稳定，引起越级跳闸。在煤矿的施工作业中，施工人员经常采取失压脱扣器对防爆开关进行失压保护，但是失压脱扣器本身就与电压有联系，因此供电线路出现故障的时候，可能引起失压脱扣器产生动作，引发跳闸。在供电系统的运行过程中，由于系统实际运行状态与设计的理想运行状态存在一定差距，因此可能导致实际运行方式下的电流值超出设计范围，从而引发越级跳闸。
1.2煤矿供电系统防越级跳闸应用的重要性
由于我国的能源供给主要是煤矿，因此煤矿的正常开采对于国民经济的发展具有重要意义。煤矿开采是一个系统化的过程，系统中某一环节出现故障将可能引起整个系统的故障问题，因此对于煤矿供电系统的越级跳闸故障需要加强重视，采取有效措施来减少煤矿供电系统的越级跳闸现象。此外，煤矿建设投入大、投资高、建设周期长、涉及利益群体较多，因此一旦发生煤矿开采事故，将会给社会稳定带来一定程度上的不良影响，基于上述原因，煤矿企业更应该加强对于煤矿供电系统越级跳闸现象的重视，进而加强煤矿供电系统防越级跳闸应用。
2煤矿供电系统防越级跳闸应用简述
2.1保护定值整定全局化、规范化
煤矿部分保护的定值配合不到位导致的越级跳闸情况，首先在于对定值管理的不规范化。在井下定值计算方法上有时只依据经验算法，根据线路所带负荷的额定电流电流的3～5倍计算10kV馈出线的保护定值，然后其他各级出线的定值逐级减小进行设定，没有经过系统的理论计算，这样的定值偏小很容易出现越级跳闸现象。其次在设置定值时只考虑本级线路的负荷情况，没有全局考虑。煤矿井下各级出线的负荷随着生产、掘进、运输和通风的变化情况也在变化，当变电所某回线路的负荷因为生产需要增大或者线路延长时，就需要对整个系统回路的定值重新计算，往往井下变电所某趟线路在增加了负荷时只对该线路开关柜的定值进行改变，就忽视的对本级进线柜、上级变电所开关柜保护的改变，这就造成了前面所提到的下级开关速断定值大于上级开关速断定值的情况，甚至下级开关限时限电流速断定值大于上级开关无时限速断定值的情况。因此，在煤矿变电所的定值计算整定过程中要统筹兼顾、全盘考虑、精确计算，形成规范化、全局化的保护管理方式，特别是要注意同一回路出线在井下形成多级变电所的情况。
2.2隔爆型短路闭锁控制器
短路闭锁控制器主要是安装在配电所的无线当中，并且每间隔16个出现开关需要安装一个对应的闭锁控制器，每一个闭锁控制器当中存在16个输入型接口和一个输出接口，在线路的运行过程当中。控制器在实际的工作过程中具有以下几个方面特性：
第一，闭锁控制信号可以通过电缆来进行传输，同时也可以通过光缆来进行传输，可以适用在各种不同环境的景象布线形式；第二，防越级跳闸闭锁控制器在工作过程当中的通讯能力相对较强，可以直接通过进入以太网或者是电力监控系统来进行工作；第三，防越级跳闸闭锁控制器，在线路工作当中具有良好的检测以及断线监测等方面的功能，当断线控制器内部的故障产生报警信号的情况下，可以直接发现故障产生的具体点位，方便后续检修工作人员到检修工作；第四，因为闭锁控制器在整个智能保护性能上相对比较优良，因此可以有效防止短路越级跳闸问题的产生，在实际的工作过程中可以将其单独设置和使用，可以有效预防供电系统内部产生不良的越级跳闸问题，同时该设备也可以和电力监控系统之间进行配合应用，实现对整个电力线路进行全面的分析和控制。
2.3换互感器提高测量精度
煤矿生产规模是逐渐增大的，一部分变电所是服务于矿井早期生产的，初期负荷低、线路少，其运行电流值小，电路互感器也就选择较小的；随着各级变电所所带负荷的增加，短路电流值也在变大，原有的CT就不能够满足井下供电系统需求，出现了超过CT饱和。因此，需要煤矿列出资金计划，逐步把低量程的互感器依次进行更换。在没有更换前，保护计算设置时也要充分考虑互感器短路电流测量不准情况，根据该电流互感器出厂时的特性曲线对定值进行合理的放大修正。
2.4基于GOOSE信号闭锁的短路保护防越级跳闸系统
煤矿供电系统中，常见的防越级跳闸措施有三种。一是采用网络智能继电保护措施；二是针对防爆开关设置独立电源；三是建立基于GOOSE信号闭锁的短路保护系统。对第一种措施进行分析，采取网络智能继电保护措施，能够实现对供电系统的全线、全面防越级保护，且其容易设置、灵敏性较好、可靠性较高，但实际应用时需要投入大量的资金。对第二种措施进行分析，虽然为防爆开关设置专用电源，可以有效解决由供电线路故障带来的保护装置供电电源波动进而导致的越级跳闸问题，但是增设独立电源需要独立布线，不仅操作繁琐，还需要投入大量资金，不适宜推广应用。基于此，本文拟建立基于GOOSE信号闭锁的短路保护防越级跳闸系统。
基于GOOSE信号闭锁的短路保护系统，可选择性地对供电线路实施保护，其是借助现阶段矿井中的以太网，通过GOOSE技术将开关动作信号传输给开关设备，从而实现选择性跳闸。基于GOOSE信号闭锁的短路保护技术比较容易实现，具有经济合理性，且可靠性较强。
目前来说，诸多矿井均对光纤主干网进行了铺设，在煤矿供电系统中，诸多保护均采取各种形式与监控系统有机连接起来。基于GOOSE信号闭锁的短路保护防越级跳闸系统，可在当前保护基础上加设太网接口，来整定GOOSE的有效闭锁时间，从而使GOOSE的各种动作信号均能在通讯接口上完成，对整个供电系统实施统一监控、管理。一旦供电系统出现故障问题，可以实施选择性保护，避免越级跳闸问题的出现。
当煤矿供电系统发生故障问题的时候，其等效电路图为如图1所示。故障出现在K4位置的时候，在各点均可以检测到故障电流，若是电流在动作范围之内，保护控制器通过相应分析处理自动发送GOOSE闭锁报告，有效完成GOOSE信号的初始化后，保护控制器1、2、3将会在闭锁间定值，且不动作，保护控制器4开始动作，将故障线路切除，切除后，如果动作条件范围内仍存在故障电流值，则会按照上述顺序，由保护控制器3来切除故障线路。这样，可以迅速切除故障线路，尽量减小停电面积，保障供电系统的稳定运行。
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图1：等效电路图
结语
煤矿供电系统对于煤矿生产具有重要的意义。因此为了防止越级跳闸问题的发生，应该对传统的防越级跳闸保护系统进行改。对于不同的煤矿来说，应该选用一个适合本矿生产的防越级跳闸技术，以此确保煤矿电力系统能够正常运行。
参考文献：
[1]王超，杜英，苟全峰，万明勇.煤矿供电系统中越级跳闸问题研究[J].煤矿技术，2018，37（10）：312-314.
[2]张文瑞.煤矿供电防越级跳闸监控系统[J].工矿自动化，2018，44（09）：98-101.
论文作者:杜磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：煤矿论文; 供电系统论文; 线路论文; 故障论文; 控制器论文; 变电所论文; 电流论文; 《基层建设》2019年第32期论文;