煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘背景

隨著煤礦現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)和發(fā)展，井下引入了大批的先進(jìn)設(shè)備和儀器，供電系統(tǒng)愈加復(fù)雜，供電距離和供電級數(shù)不斷增加，計算繼電保護(hù)的難度不斷增大，導(dǎo)致了井下發(fā)生越級跳閘的現(xiàn)象。如何有效防止井下高壓電網(wǎng)越級跳閘的發(fā)生，保證供電系統(tǒng)安全、可靠地運行，是煤礦亟需解決的技術(shù)難題。

越級跳閘發(fā)生后可能會造成采區(qū)或上級變電所范圍內(nèi)的大面積停電，礦井的正常生產(chǎn)受到阻礙，如果風(fēng)井和水泵的供電中斷，則會導(dǎo)致煤礦井下的瓦斯積聚和廢水積存，增大了瓦斯爆炸的風(fēng)險，可能會造成嚴(yán)重的人身傷亡和設(shè)備損壞，甚至?xí)恼麄€礦井，后果不堪設(shè)想。

煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘煤礦井下供電系統(tǒng)的線路布置不合理

通過電路分析可以得出，當(dāng)供電系統(tǒng)線路很長時，供電系統(tǒng)的開端和末端會存在很大的短路電流差值，且線路電流變化趨勢陡峭，所以繼電保護(hù)范圍較為廣泛；當(dāng)供電系統(tǒng)線路較短時，供電系統(tǒng)的開端和末端的短路電流差值幾乎為零，且線路電流變化趨勢平緩，故而繼電保護(hù)范圍較為狹小。

由于煤礦開采的特殊性，井下多選用很多段較短的電纜線路形成供電網(wǎng)絡(luò)，這就導(dǎo)致電路系統(tǒng)上下級間不存在明顯的短路電流差值，大大降低了繼電保護(hù)范圍，速斷保護(hù)的設(shè)置起不到應(yīng)有的作用。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果下一級的電路短路，形成較大的短路電流同時符合上下級的繼電保護(hù)范圍，所以速斷裝置同時被啟動，甚至上級速斷裝置動作更快，從而產(chǎn)生了越級跳閘。

煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘煤礦井下供電系統(tǒng)的開關(guān)配置不合理

煤礦井下生產(chǎn)時會產(chǎn)生瓦斯等易燃易爆性氣體，從安全角度考慮，要求井下的供電系統(tǒng)使用高壓防爆開關(guān)。高壓防爆開關(guān)要隨著礦井的產(chǎn)量和電量負(fù)荷進(jìn)行不斷的更換，但是與地面變電所的供電設(shè)備配合效果不佳。

煤礦井下現(xiàn)使用的高壓防爆開關(guān)的動作時間是由繼電保護(hù)裝置的動作時間和自身的固有動作時間共同決定的。繼電保護(hù)裝置的動作時間是通過電流互感器感知電磁來確定的，由于每個電流互感器的磁化曲線不盡相同，導(dǎo)致其保護(hù)準(zhǔn)確度較低，保護(hù)的整定值會與其動作值存在一定的誤差。另外，井下潮濕的環(huán)境會影響高壓防爆開關(guān)的靈敏性，延遲了開關(guān)自身的固有動作時間，發(fā)生短路故障時，井下高壓防爆開關(guān)的動作慢于地面的高壓開關(guān)動作，故而產(chǎn)生了井下高壓電網(wǎng)的越級跳閘。

煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘煤礦井下供電系統(tǒng)制定的速斷方案不合理

速斷保護(hù)的原則是上下級存在0.5s的級差階梯，也就是下級速斷保護(hù)裝置的動作時間要早于上級速斷保護(hù)裝置0.5s，上下級配合共同起到速斷保護(hù)的作用。

但在煤礦企業(yè)的實際生產(chǎn)中，一方面為了能夠快速的切斷電路故障，另一方面是如果速斷保護(hù)裝置采用了0.5s的級差，則需要添加很多的電纜，大大增加了礦井的投資成本，還會降低供電系統(tǒng)的安全性，增大電纜的管理難度。所以一般煤礦會將上下級電流速斷保護(hù)裝置的時間級差設(shè)置為0s，這樣一來當(dāng)發(fā)生電路故障時，上下級速斷保護(hù)裝置會同時動作，造成越級跳閘的發(fā)生。

煤礦井下供電系統(tǒng)欠電壓釋放保護(hù)回路不合理煤礦井下條件復(fù)雜，使用的電動機數(shù)量很多，需要的啟動電流很大。在一些大型的綜采工作面，為提高采煤效率，可達(dá)到很高的機械化程度，使用了大量的大功率綜采設(shè)備，且均位于供電線路的末端。在其直接啟動的瞬間，造成末端電壓的迅速下降，使得末端斷路器的工作電壓低于正常的工作值，斷路器便會發(fā)生跳閘并閉鎖保護(hù)，這類情況屬于斷路器的誤動作。

這種末端大容量電動機直接啟動的情況，也會降低地面變電所母線的三相電壓，影響此母線上其他電動機的正常使用。要恢復(fù)母線的話，就會同時啟動多臺大容量電動機，會啟動地面線路的過負(fù)荷保護(hù)，延時后出現(xiàn)越級跳閘，將停電范圍進(jìn)一步擴大。

煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘煤礦井下供電系統(tǒng)線路布置的合理化

對于煤礦井下變電所的主排水泵房等重要場所，實現(xiàn)獨立供電或者雙回路供電。如此，當(dāng)井下供電系統(tǒng)的某一回路發(fā)生故障而停止供電時，迅速啟動另一供電回路恢復(fù)供電，降低了井下全面停電的概率，從而有效降低事故的發(fā)生的可能性，保障井下供電系統(tǒng)的安全、可靠運行。

煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘煤礦井下供電系統(tǒng)開關(guān)配置的合理化

改造高壓保護(hù)器，使其實現(xiàn)電流三段保護(hù)和根據(jù)計算值設(shè)定保護(hù)定值的功能，將動作時間延時精確到毫秒級別，在0～3s內(nèi)可以隨意調(diào)整。.

或者通過光纖獲取每個控制點斷路器保護(hù)裝置的信息，各個斷路器保護(hù)裝置可以獨立使用，具備常規(guī)保護(hù)功能。在發(fā)生供電故障時，通過測得的故障參數(shù)來準(zhǔn)確找到故障地點，并將故障準(zhǔn)確切斷。

斷路器保護(hù)裝置應(yīng)該具有2個及以上的光纖通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域選擇性的聯(lián)鎖保護(hù)功能。

煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘煤礦井下供電系統(tǒng)速斷方案的合理化

為了提高井下供電系統(tǒng)的安全性，在保證了選擇性的情況下盡可能縮短速斷保護(hù)裝置上下級的時間級差。使用智能化的微機保護(hù)裝置，可以縮短速斷保護(hù)裝置的動作時間，提高延時的準(zhǔn)確性，從而減小井下防爆開關(guān)動作時間的級差。相關(guān)的實驗結(jié)果表明，要保證防爆開關(guān)動作時間的選擇性，則時間級差要達(dá)到100ms及以上。所以，通過微機保護(hù)裝置設(shè)定防爆開關(guān)的速斷動作時間和限時速斷時間的級差為100-300ms，上下級過電流保護(hù)裝置的時間級差為100-200ms。這樣，最后一級防爆開關(guān)安裝速斷保護(hù)裝置和過電流保護(hù)裝置時間后的延時時間為100-200ms。較之前的0.5s面顯著縮短，既提高了供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，也提高了切斷電路故障的敏捷性。

煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘煤礦井下供電系統(tǒng)欠電壓保護(hù)回路的合理化

調(diào)整煤礦井下欠電壓釋放保護(hù)回路的低電壓動作值，在欠電壓回路上增加延時對其進(jìn)行限時電壓保護(hù)。

煤礦井下欠電壓釋放保護(hù)回路的低電壓動作值一般設(shè)置為額定電壓的60～70%，為了避免供電線路末端的大容量電動機直接啟動等情況導(dǎo)致的斷路器誤動作，可調(diào)整井下供電線路最末端一級的欠電壓動作值整定為60～70%，然后依次整定該母線的欠電壓工作值。

煤礦井下使用的高壓防爆柜的欠電壓釋放保護(hù)沒有時間限制，發(fā)生欠壓時會馬上將電路切斷，造成誤動作。綜合考慮電流速斷保護(hù)裝置的動作時間和增加欠電壓釋放保護(hù)回路時限，可以將低電壓速斷保護(hù)裝置改為限時電壓保護(hù)裝置，配合電流速斷保護(hù)裝置使用?？蓪⒏邏悍辣竦慕涣麟妷罕Ｗo(hù)線圈換為直流線圈來增加欠電壓釋放保護(hù)回路的時限，對直流線圈完成單相全波整流后，把并聯(lián)的電容在失壓后放電延時返回。通過這種方法可以將欠電壓釋放保護(hù)回路的時限增加500ms或者1s，延時效果良好，方法操作簡單，使用安全。

深入地分析煤礦井下高壓電網(wǎng)越級跳閘的原因，并針對這些原因制定出合理、有效、全面的防治措施，能在最大程度上降低煤礦高壓供電系統(tǒng)越級跳閘事故的發(fā)生，避免事故造成的人身傷亡和財產(chǎn)損失。如何提高煤礦供電系統(tǒng)的的安全性和可靠性，是值得廣大機電技術(shù)人員進(jìn)一步研究和探討的問題。

在開關(guān)的選擇配合上要嚴(yán)格認(rèn)真，盡量在一路供電系統(tǒng)中選擇一種類型的開關(guān)，避免因為保護(hù)方式的不同而引起開關(guān)的跳閘現(xiàn)象。

發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于2014年的開關(guān)種類比較多，而各種開關(guān)的設(shè)計方式，特別是保護(hù)元件的保護(hù)方式不同，甚至出現(xiàn)相互抵觸的現(xiàn)象。因而不同的開關(guān)在一起使用時就會出現(xiàn)誤動跳閘現(xiàn)象。