煤矿供电系统防越级跳闸技术的分析及应用

殷 鹏

（西山煤电集团有限责任公司新产业有限公司， 山西 太原 030053）

1 煤矿防越级跳闸方法

煤矿供电系统一旦发生多级开关跳闸的问题，就会出现矿山大面积停电现象，这不仅影响着矿上的经济效益，同时大面积的停电现象严重威胁着矿山工作人员的人身安全。所以为了尽可能地解决此类问题，研究人员将研究的方向逐步朝着避免越级跳闸的方向转化。产生越级跳闸的原因较多，但主要是由于线路较短、电路的阻抗值较小、电磁及谐波的干扰较大、整定的方式不合理、电路漏电保护性能差等[1]。所以在现如今的解决方案中，主要为：纵联差动保护，其原理是将电路两侧的保护装置进行纵向连接，当发生线路的短接时，系统可以快速比较两侧的相位及电流大小，迅速完成故障位置的确定，然后做出近故障区的跳闸，达成故障区域隔离，防止出现越级跳闸现象。此方法的优点是现有的理论较为成熟，方法的使用效果不错，只需要在电路系统中安装相应的保护装置就可以达到相应的保护效果。但此方法最大的问题为线路母线的故障无法得到有效的排除，且发生纵向漏电时无法锁定及保护线路；第二种方法为通信级联闭锁方法，此方案主要是利用差动保护装置及网络闭锁相结合对越级跳闸进行保护，当线路发生短路现象后，短路位置的下降从站由于检测不到故障信号，所以会差动启动，保护装置的延时差动时间约为10～50 ms[2-3]，且向上级主站传输闭锁信号。当保护装置在一定的时间内并没有接到下级发出的闭锁信号时，自动解除闭锁，在本级及时进行合闸。这种方案的优点是保护装置与通信装置的统一结合，有效地保证了系统的安全性与可靠性。但此方法需要在保护装置的基础上进行网络加入，所需的工程量较大，且每级的保护装置均需要一定时间传输信息，对矿山的经济效益有一定的损失。第三种方法是在GOOSE 的基础上进行防越级跳闸保护方案。GOOSE 是一种报文传输机制，此方案在一定程度上与通信级联闭锁方法较为类似，但此方法的信息传输时间小于2 ms[4]，明显高于通信级联闭锁的传输时间，大幅度减少了时间的消耗，减小了时间损耗带来的危害。相比方案一和方案二，方案三种方案的结构更为简单，且选择性与及时性都有了一定的优化。但仍存在一定的缺点，采取方案三时需要更换井下开关的保护装置，工程量较大，所以三种方案下均具有各自的优缺点，所以在进行方案选择时需要充分考虑矿山自身的情况，选择合适的防越级跳闸方案。

图1 煤矿防越级跳闸监控系统的结构示意图

2 三位一体供电防越级跳闸监控系统结构与特点

2.1 系统结构

本文介绍的防越级跳闸监控系统是由防越级监控分站、保护装置、辅助信号源及监控服务器等组成。煤矿防越级跳闸监控系统的结构示意图如图1所示。矿用的防越级保护装置同时具备矿山供电保护、远程监控及防越级跳闸功能。防越级监控分站需要实现供电的远程监控及防越级跳闸监控功能。监控服务器需要实现远程的监控及故障的分析记录报警等功能。

系统选用了三位一体的防越级跳闸的解决方法，从短路越级跳闸、电压波动越级跳闸和漏电防越级跳闸等三个方面对防越级跳闸进行监控，对防越级跳闸实现了无死角的监控。常见的防越级跳闸事故多为短路防越级跳闸。三位中的一体意味着防越级跳闸保护及常规保护的统一；光纤环网与防越级跳闸网络进行统一；供电监控及防越级跳闸监控的合二为一。三位一体的供电防越级跳闸监控系统实现了井下无人监管，提升了防越级跳闸的可靠性与自动性。

2.2 系统特点

1）三位一体的供电防越级跳闸监控系统的可靠性较高、维护简单且成本较低。在井下的光缆极易发生破坏，维修量较大且维修成本很高，所以本文的三位一体电防越级跳闸监控系统选用光纤环网复用技术，有效地提升了防越级跳闸的可靠性。

2）系通采用零时限网络保护的越级防跳闸。通过防越级保护装置的分区网络进行智能通信及智能识别故障区域，并且零时限的切断故障电路，避免了由于短路引起的跳闸。这项技术主要特点是不依赖后台的监控系统及监控分站，而是通过保护装置之间自动智能组网，当发生网络中断时，矿用防越级跳闸将会自我切断故障位置的网络，从而进行重新的组网，有效地解决了电流断电保护的选择性、快速性及可靠性之间协调问题，防止了短路造成的越级跳闸。

3）选择信号源选线技术的漏电防越级跳闸。常见的供电系统中性点均不接点或者在连接消弧线圈后接地，所以常见的漏电选线方法很难保证选线的精确性。三位一体的供电防越级跳闸监控系统选用辅助信号源介入选线信号，同时接入能够网络识别的智能选线技术，保证选线的精确性达到100%，较好地解决了漏电引起的超级跳闸问题。

4）电压智能波动识别技术是防止电路中电压发生波动引起的超级跳闸。三位一体供电防越级跳闸监控系统通过加载电压波动保护模块与防越级跳闸欠压识别模块对电压波动造成的超级跳闸进行限制，保证了开关系统的可靠性。

5）根据智能连跳及拒动定位技术设计的开关拒动防越级跳闸时通过网络识别、拒动定位等技术自动识别和组建开关上级的联动计划，实现了切除线路中故障线路的可行性，将故障造成的影响降到最低，同时可以将拒动信息及时的报警，便于快速解决问题。

6）对开关的异常进行及时的检测，由于开关发生异常造成的事故常有发生，且发生故障总是难以发现。所以本文加入了开关异常检测系统，当系统检测到开关动作异常会及时进行报警，进行报警检修，有效的检测了开关动作异常，降低了系统发生故障的几率。

7）系统具有供电方式的自我识别及适应功能，可以有效地识别及适应母线分列运行、并列运行及其他供电方式，保障了越级跳闸的可靠性。同时三位一体供电防越级跳闸监控系统可以在地表面对地下的继电器保护值进行整定，避免井下人员由于工作失误而影响供电性能。

2.3 系统的现场应用效果

在2017 年某矿发生巷道的片帮，碎石导致移动变电站的电缆发生损坏，发生相接短路。发生事故后电路的电流过大超过2 300 A，但是移动变电站给采区35 号开关箱的整定值只有400 A。而30 号高压开关箱的总控开关整定值为1 200 A，采区上级变电所的开关速断整定值1 600 A，所以此级的电路速断整定值全部小于短路电流2 300 A，系统防越级跳闸系统开启，仅在本段的35 号开关箱速断跳闸，本级开关箱的总开关机上一级的开关均未出现跳闸。充分验证了设计系统的可行性。

3 结语

根据煤矿供电出现的越级跳闸故障的原因，设计了三位一体供电防越级跳闸监控系统，有效地解决了煤矿超级跳闸现象，实现了开关设定值的远程整定，实现了变电所的无人化监管，为煤矿供电的安全奠定基础。