电力监控系统下矿井跳闸解决方案范文

摘要：针对目前煤矿矿井越级跳闸故障，无论是单一的防越级跳闸方案，还是地面供电系统防越级跳闸方案，都无法有效解决此问题。因此，综合考虑五阳煤矿供电现状，提出了基于电力监控系统的矿井防越级跳闸解决方案，造成越级跳闸故障的原因通常有短线路供电、电压波动、干扰引发的保护器误动以及开关拒动，主要阐述了以上几种常见的越级跳闸故障的解决方案，应用实践表明该方案切实可行，通过上下级开关的配合能够有效预防越级跳闸故障。

关键词：矿井供电；越级跳闸；电力监控；时间级差；关联延时

引言

在煤矿供电系统中，越级跳闸故障发生频繁，对矿井安全供电造成严重影响。在煤炭行业内，虽然越级跳闸故障一直受到广泛关注，也一直在进行该故障问题的研究，但是由于造成越级跳闸故障的原因众多，无论是单一的防越级跳闸方案，还是地面供电系统防越级跳闸方案，都不能从根本上解决越级跳闸故障。因此，潞安集团五阳煤矿创建了一套基于电力监控系统的矿井防越级跳闸解决方案，长期以来的矿井越级跳闸问题得到了很好的解决。

1五阳煤矿供电系统现状

五阳煤矿现有35kV变电所两座，分别位于工业广场和南丰工区，均采用“2+1”供电模式，双回路电源线路均引自五阳热电厂35kV不同母线段，采用分列运行方式，第三电源均引自北村110kV站。井下共有2个中央变电所和4个采区变电所。

2地面供电系统防越级跳闸方案

2.1时间级差方案

通过对各级保护设置不同的电流值和延时动作值来确定馈电线路继电保护的范围[1]，适用于长距离供电系统，图1为其实现原理图。时间级差方案并不适用于煤矿短线路供电上，因为其存在如下缺点：（1）对于煤矿短距离供电而言，其本级和下级保护的短路电流相差不大，因此，保护范围的确定不能依据短路电流值的大小，只能依据不同的延时动作值[2]。必须有时间级差存在于每相邻的两级保护之间，当保护级数较多时，无法同时满足首端的快速性和末端动作的选择性。若保证末端动作的选择性，则首端的保护延时加长，与其快速性相斥。假设某矿井为三级供电，且每一级延时级差为150ms，该情况下要保证地面变电所不跳闸，则地面变电所给出时间应不短于0.6s，否则直接跳闸。但是普通矿井的供电级数大多都在三级以上，当短路故障发生时，由于延时时间较长可能造成设备烧毁损坏情况，使事故更严重。（2）设置繁琐实用性差，总开关和馈线开关数量众多，均需要进行特定的设置，要避免越级跳闸事故发生，必须确保每一个开关设置正确。因此，时间级差方案并不适用于煤矿短线路供电上[3]。

2.2光纤纵差方案

该方案要求两端的保护采样必须严格同步，主要适用于纵向一对一的两个开关之间，本段线路的保护范围之内是否有故障发生的判断依据是两端电流的矢量差。在煤矿供电系统中要实现纵差保护有一定难度，由于一条进线通常对应着多条出线，因此采样同步不易实现，同时在一个开关和多个开关的电流值在对比过程中不断变化也会造成采样不同步，加剧了纵差保护的难度[4]。在输电线路中人们应用较多的为光纤纵差保护，因为忽略不计输电线路中的线路损耗，则上下级开关之间的电流差几乎为0。对于一对多的配电线路，出线的数量和每条出线所带负荷的大小影响着进线开关和每个出线开关的电流差的大小，这样很难找准光纤纵差保护准确的判断依据，因此应用光纤纵差方案也很难进行矿井防越级跳闸保护。

3电力监控系统解决矿井供电系统越级跳闸的方案

为解决五阳煤矿井下供电系统越级跳闸故障，电力监控系统为使馈电线路末端故障动作的选择和线路首端故障的快速性同时实现，其采用网络通信方式确定继电保护范围。具体工作原理如下：要实现馈电线路各级保护装置最终与主站监控系统的连接，需先经CAN总线与相应的通信分站连接，再以太网方式与交换机连接，最终与主站监控系统相连。在该系统中，馈电开关各级保护装置依据网络拓扑设置关联关系，馈线首端保护不设关联，其它保护仅与它的上一级保护装置相关联，同一馈线上的各级保护装置相互关联，不同馈线上的保护装置无关联关系;将馈电线路末端保护关联延时设置为零，其它保护关联延时设置为Tg1；当电流符合动作条件时，保护装置关联延时开始计时，在设置的关联延时时间内等待闭锁动作信号，同时立刻将检测到故障信号传递给通信分站；故障信号到达通信分站后立马向主站传递，最终主站接收到故障信号后，按照预设的关联关系发送闭锁信号给被关联的装置；若保护装置在Tg1延时范围内收到闭锁信号，则立刻闭锁速断保护出口，因为它的下一级保护之后有故障发生。若保护装置在Tg1延时范围内长期未收到准确可靠的闭锁信号，则在设置的Tg1延时时间结束后，立即发送跳闸出口命令切断故障[5]。

3.1短线路供电发生短路时引起的越级跳闸

该方案不受馈电线路上保护级数量限制，其确定故障范围并将故障及时切除，仅需一个可以避过保护判断时间、继电器出口时间和开关机械机构动作时间的时间级差，并且保护动作的选择性和快速性可以同时满足，以更好的保障矿井供电安全。

3.2电压波动引发的越级跳闸

由于取消开关内部没有装设失压延时保护装置，这样易引发电压波动引起的越级跳闸故障，但是该方案设置了0.5～1s的失压延时保护装置，解决了此故障问题。但该方案对其内部器件的选型有严格的标准，必须确保保护装置的后备延时切实可靠[6]。

3.3干扰引发的保护器误动

在矿井供电系统中配备的相关保护装置必须经国家四级电磁兼容试验合格，并提高保护装置的抗干扰性能[7]。

3.4开关拒动引起的越级跳闸

开关拒动引起的越级跳闸问题是不可抗拒的，电力系统应将该状况考虑在内，当故障发生时迅速准确地确定无法送电的故障开关，确保无故障的开关及时送电，避免事故严重化。同时电力系统应制定多级开关同时拒动引起越级跳闸的相应解决措施，使事故尽可能的最小化[8]。

4结语

目前，电力系统监控自动化技术已经在潞安集团五阳煤矿的中央变电所以及部分采区上部变电所的得以实现，基于电力监控系统的矿井防越级跳闸解决方案，经应用实践证明切实可行，通过上下级开关的配合能够有效预防越级跳闸故障，保证安全供电，为最终实现矿井电力监控自动化奠定了基础。

参考文献：

［1］孟惠霞，胡满红.煤矿井下短路越级跳闸的故障分析［J］.煤矿机械，2010，（02）：223-224.

［2］李德臣.煤矿井下高压电网防越级跳闸装置的研究［J］.煤炭技术，2015（05）：30-32.

［3］毛卫清.煤矿供电系统防越级跳闸技术应用探讨［J］.煤矿工程，2016（06）：15-17.

［4］王玉梅，赵宏卫，陈家林.基于EtherCAT的井下电网防越级跳闸方案研究［J］.电子测量技术，2016（11）：60-62.

［5］马星河，王永胜，闫炳耀.基于GOOSE的煤矿井下防越级跳闸方案研究［J］.工矿自动化，2013（01）：88-90.

［6］张豪，苗书运，王燕丽.煤矿井下高压电网防越级跳闸的探索与研究［J］.山东煤炭科技，2015（04）：55-57.

［7］钱张康.矿井供电系统防越级跳闸的应用［J］.电子世界，2018（22）：70-71.

［8］张素萍，龙卫新，潘社辉.煤矿防止短路越级跳闸技术研究［J］.山东煤炭科技，2017（10）：40-42.

作者：赵鹏 单位：潞安集团五阳煤矿