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摘要：針對目前煤礦礦井越級跳閘故障，無論是單一的防越級跳閘方案，還是地面供電系統防越級跳閘方案，都無法有效解決此問題。因此，綜合考慮五陽煤礦供電現狀，提出了基于電力監控系統的礦井防越級跳閘解決方案，造成越級跳閘故障的原因通常有短線路供電、電壓波動、干擾引發的保護器誤動以及開關拒動，主要闡述了以上幾種常見的越級跳閘故障的解決方案，應用實踐表明該方案切實可行，通過上下級開關的配合能夠有效預防越級跳閘故障。

關鍵詞：礦井供電；越級跳閘；電力監控；時間級差；關聯延時

引言

在煤礦供電系統中，越級跳閘故障發生頻繁，對礦井安全供電造成嚴重影響。在煤炭行業內，雖然越級跳閘故障一直受到廣泛關注，也一直在進行該故障問題的研究，但是由于造成越級跳閘故障的原因眾多，無論是單一的防越級跳閘方案，還是地面供電系統防越級跳閘方案，都不能從根本上解決越級跳閘故障。因此，潞安集團五陽煤礦創建了一套基于電力監控系統的礦井防越級跳閘解決方案，長期以來的礦井越級跳閘問題得到了很好的解決。

1五陽煤礦供電系統現狀

五陽煤礦現有35kV變電所兩座，分別位于工業廣場和南豐工區，均采用“2+1”供電模式，雙回路電源線路均引自五陽熱電廠35kV不同母線段，采用分列運行方式，第三電源均引自北村110kV站。井下共有2個中央變電所和4個采區變電所。

2地面供電系統防越級跳閘方案

2.1時間級差方案

通過對各級保護設置不同的電流值和延時動作值來確定饋電線路繼電保護的范圍[1]，適用于長距離供電系統，圖1為其實現原理圖。時間級差方案并不適用于煤礦短線路供電上，因為其存在如下缺點：（1）對于煤礦短距離供電而言，其本級和下級保護的短路電流相差不大，因此，保護范圍的確定不能依據短路電流值的大小，只能依據不同的延時動作值[2]。必須有時間級差存在于每相鄰的兩級保護之間，當保護級數較多時，無法同時滿足首端的快速性和末端動作的選擇性。若保證末端動作的選擇性，則首端的保護延時加長，與其快速性相斥。假設某礦井為三級供電，且每一級延時級差為150ms，該情況下要保證地面變電所不跳閘，則地面變電所給出時間應不短于0.6s，否則直接跳閘。但是普通礦井的供電級數大多都在三級以上，當短路故障發生時，由于延時時間較長可能造成設備燒毀損壞情況，使事故更嚴重。（2）設置繁瑣實用性差，總開關和饋線開關數量眾多，均需要進行特定的設置，要避免越級跳閘事故發生，必須確保每一個開關設置正確。因此，時間級差方案并不適用于煤礦短線路供電上[3]。

2.2光纖縱差方案

該方案要求兩端的保護采樣必須嚴格同步，主要適用于縱向一對一的兩個開關之間，本段線路的保護范圍之內是否有故障發生的判斷依據是兩端電流的矢量差。在煤礦供電系統中要實現縱差保護有一定難度，由于一條進線通常對應著多條出線，因此采樣同步不易實現，同時在一個開關和多個開關的電流值在對比過程中不斷變化也會造成采樣不同步，加劇了縱差保護的難度[4]。在輸電線路中人們應用較多的為光纖縱差保護，因為忽略不計輸電線路中的線路損耗，則上下級開關之間的電流差幾乎為0。對于一對多的配電線路，出線的數量和每條出線所帶負荷的大小影響著進線開關和每個出線開關的電流差的大小，這樣很難找準光纖縱差保護準確的判斷依據，因此應用光纖縱差方案也很難進行礦井防越級跳閘保護。

3電力監控系統解決礦井供電系統越級跳閘的方案

為解決五陽煤礦井下供電系統越級跳閘故障，電力監控系統為使饋電線路末端故障動作的選擇和線路首端故障的快速性同時實現，其采用網絡通信方式確定繼電保護范圍。具體工作原理如下：要實現饋電線路各級保護裝置最終與主站監控系統的連接，需先經CAN總線與相應的通信分站連接，再以太網方式與交換機連接，最終與主站監控系統相連。在該系統中，饋電開關各級保護裝置依據網絡拓撲設置關聯關系，饋線首端保護不設關聯，其它保護僅與它的上一級保護裝置相關聯，同一饋線上的各級保護裝置相互關聯，不同饋線上的保護裝置無關聯關系;將饋電線路末端保護關聯延時設置為零，其它保護關聯延時設置為Tg1；當電流符合動作條件時，保護裝置關聯延時開始計時，在設置的關聯延時時間內等待閉鎖動作信號，同時立刻將檢測到故障信號傳遞給通信分站；故障信號到達通信分站后立馬向主站傳遞，最終主站接收到故障信號后，按照預設的關聯關系發送閉鎖信號給被關聯的裝置；若保護裝置在Tg1延時范圍內收到閉鎖信號，則立刻閉鎖速斷保護出口，因為它的下一級保護之后有故障發生。若保護裝置在Tg1延時范圍內長期未收到準確可靠的閉鎖信號，則在設置的Tg1延時時間結束后，立即發送跳閘出口命令切斷故障[5]。

3.1短線路供電發生短路時引起的越級跳閘

該方案不受饋電線路上保護級數量限制，其確定故障范圍并將故障及時切除，僅需一個可以避過保護判斷時間、繼電器出口時間和開關機械機構動作時間的時間級差，并且保護動作的選擇性和快速性可以同時滿足，以更好的保障礦井供電安全。

3.2電壓波動引發的越級跳閘

由于取消開關內部沒有裝設失壓延時保護裝置，這樣易引發電壓波動引起的越級跳閘故障，但是該方案設置了0.5～1s的失壓延時保護裝置，解決了此故障問題。但該方案對其內部器件的選型有嚴格的標準，必須確保保護裝置的后備延時切實可靠[6]。

3.3干擾引發的保護器誤動

在礦井供電系統中配備的相關保護裝置必須經國家四級電磁兼容試驗合格，并提高保護裝置的抗干擾性能[7]。

3.4開關拒動引起的越級跳閘

開關拒動引起的越級跳閘問題是不可抗拒的，電力系統應將該狀況考慮在內，當故障發生時迅速準確地確定無法送電的故障開關，確保無故障的開關及時送電，避免事故嚴重化。同時電力系統應制定多級開關同時拒動引起越級跳閘的相應解決措施，使事故盡可能的最小化[8]。

4結語

目前，電力系統監控自動化技術已經在潞安集團五陽煤礦的中央變電所以及部分采區上部變電所的得以實現，基于電力監控系統的礦井防越級跳閘解決方案，經應用實踐證明切實可行，通過上下級開關的配合能夠有效預防越級跳閘故障，保證安全供電，為最終實現礦井電力監控自動化奠定了基礎。

參考文獻：

［1］孟惠霞，胡滿紅.煤礦井下短路越級跳閘的故障分析［J］.煤礦機械，2010，（02）：223-224.

［2］李德臣.煤礦井下高壓電網防越級跳閘裝置的研究［J］.煤炭技術，2015（05）：30-32.

［3］毛衛清.煤礦供電系統防越級跳閘技術應用探討［J］.煤礦工程，2016（06）：15-17.

［4］王玉梅，趙宏衛，陳家林.基于EtherCAT的井下電網防越級跳閘方案研究［J］.電子測量技術，2016（11）：60-62.

［5］馬星河，王永勝，閆炳耀.基于GOOSE的煤礦井下防越級跳閘方案研究［J］.工礦自動化，2013（01）：88-90.

［6］張豪，苗書運，王燕麗.煤礦井下高壓電網防越級跳閘的探索與研究［J］.山東煤炭科技，2015（04）：55-57.

［7］錢張康.礦井供電系統防越級跳閘的應用［J］.電子世界，2018（22）：70-71.

［8］張素萍，龍衛新，潘社輝.煤礦防止短路越級跳閘技術研究［J］.山東煤炭科技，2017（10）：40-42.

作者：趙鵬 單位：潞安集團五陽煤礦