基于井下高压供电短路保护系统优化的研究

张振辉

（保利能源控股有限公司山西分公司，山西 晋中 031300）

引言

井下高压供电短路保护系统属于煤矿生产电力系统中较为重要的构成元素。就目前而言，煤矿生产逐步朝着自动化以及机械化的方向发展，并且取得了显著成效。机械化生产离不开电力支持，加之矿井作业具有一定特殊性，以至于机械设备经常会遭受到各种故障的威胁，高压供电短路即为其中最为常见的一种影响因素，而分析井下高压供电短路保护系统优化的具体方案也显得尤为重要。

1 国内井下高压供电短路保护系统的优化

井下高压供电短路通常由各种因素共同作用而致，保护气候因素、地理地质条件因素、天气因素、设备老化及陈旧、操作人员失误、操作人员违章等因素都可能会导致井下高压供电短路［1］。而井下高压供电短路保护系统优化的实践，旨在提升系统运行环节的可靠性、安全性以及稳定性，因此优化方案必须从两个层面进行，分别是管理层面与技术层面。

1.1 管理层面优化程序

1）不断加大技术培训力度。基于煤矿安全生产而言，井下高压供电短路保护系统整体优越性是提升生产水平、提升安全性能的重要保证，而加大技术人员整体培训力度则是实现这一目标的重要手段。通过开展技术培训活动，在丰富技术人员各项理论知识的基础上，使之熟悉各种操作流程，并及时掌握各种新型技术，待故障出现之后，能够及时找准诱发因素，并采取各项措施予以解决。

2）强化电气设施日常养护工作。日常养护是预防故障出现的关键性措施，同时还能保证电气设备始终处于可靠性、安全性以及稳定性的运行状态中，因此必须不断强化电气设施日常养护工作。首先，针对老旧的设备，需予以及时整修，确保其运行的顺畅性，用以提升其生产效率；其次，针对时间久远且已经老化的设备，需予以及时更换，防止设备因素给企业带来巨大经济损失与安全隐患；最后，针对各种新型设备，引进之后需对其进行常规检测，并强化日常维修、保养操作，用以提升新设备使用效率与使用寿命［2］。

1.2 技术层面优化程序

1.2.1 技术层面优化方案必须满足的条件

基于技术层面而言，在制定其优化方案时，必须以井下作业情况作为基本出发点，再结合地形、地势、天气、气候条件等因素制定优化方案。而技术层面优化方案必须满足的条件如下：首先，能够有效限制井下高压供电短路故障时的电流极限值；其次，确保地面过电流保护的动作值及井下过电流保护的动作值间的协调与配合；最后，提升供电线路短路保护系统的整体运行效率、稳定性以及可靠性［3］。

1.2.2 技术层面优化方案实践程序

在对上述条件进行研究与考量的基础上，其优化方案建议采用限流电抗器及两段配合三段式的电流短路保护系统。保护系统见图1。

图1 井下高压供电短路保护系统

在该方案中，将 PM1、PM2、PM3、PM4、PM5设定为各电路负荷小组中电动机额定容量中的最大限值，处于500kW～280kW之间。在电压为6kV的QF开关上安设一个三段式的高压供电短路保护系统，将定时限过电流时长设定成1.5s，使之和下面的四级限时电流速断保护能够相互配合。同时，将本级限时电流速断保护的参数设置成1.2s，瞬时电流速断保护则保持常规模式，用以对L1线路前段的安全进行有效保护。在系统末端设置支路开关QF5.1，将其设为定时限过电流与速断两段式的保护模式，其中定时限过电流具体时限值以0.2s为其最短时限，变压器速断保护动作电流的设置模式会随之发生改变，以全线速度保护值作为其参照指标进行处理，而变压器速断保护动作电流会超过定时限过电流。

在该井下高压供电短路保护系统当中，线路开关分别是 QF1、QF2.1、QF3.1、QF4.1，将其设置成两段式的短路保护模式，为短阶梯限时速断及定时限过电流。其中，QF1与QF2.1开关处限时电流速断保护应当对电抗器L进行充分考虑，所以必须将间隔数值扩宽，用以确保纵向的选择性。除此之外，在对参数进行设置时，该参数应当在QF开关限时电流速断定值和QF2.1开关限时电流速断定值之间进行选取。

该井下高压供电短路保护系统当中的所有线路均为6kV，长度最大值是2.9km，所以M2、M3、M4和M5之间供电短路电流并不会出现太大差别，同时 QF2.1、QF3.1和 QF4.1之间限时电流速断的电流差值通常不会变大，部分开关之间还会出现电流相同的情况。可见，纵向的选择性通过对短阶梯电流时限进行合理利用，即可最大限度提升电路系统整体可靠性。不但如此，行下高压供电短路保护系统优化以后，各条线路均以限时电流速断保护作为其主要保护方案，定时限过流保护就成为其后备性保护方案，有助于提升高压供电短路保护系统优良性及可靠性［4］。

在对该井下高压供电短路保护系统进行试用之后，发现该系统能够最大限度防止越级跳闸等问题的出现，较之优化以前的系统，该系统的断电速度也得到了显著提升，在控制短路电流等方面都发挥着重要作用，而供电设备出现各种故障的几率也因此而得到控制。

2 结语

煤矿资源生产对于生产程序的严肃性、谨慎性、可靠性、安全性以及稳定性等方面都提出了较高要求。为了提升矿产生产效率的最大化，为企业带来更多经济效益，需要企业不断优化其井下高压供电短路保护系统，通过严格把握管理层面与技术层面的优化程序，确保该井下高压供电短路保护系统充分体现其价值。

［1］ 朱彦丽，张奉强，杜晓许，等.井下高压电网越级跳闸原因分析及预防措施［J］.科技视界，2013（25）：336-337.

［2］ 张根现，马星河，张传书，等.井下高压电网防越级跳闸系统研究［J］.煤矿机电，2012（2）：156-158.

［3］ 张国桃，秦国有，连红飞，等.基于小波变换和行波测距的井下高压电网线路选择性速断短路保护方案［J］.煤矿安全，2013（8）：163-165.

［4］ 董玉杰，刘海波，刘学斌.基于Profinet的井下保护与监控一体化方案［J］.电工技术，2014（10）：44-47.