矿井越级跳闸的原因及保护安装注意事项分析

胡世珂，彭 宇

（西山煤电电力公司，太原 030053）

0 引言

供电系统是矿井安全生产的基础，随着采煤工作面向下延伸，矿井供电距离延长，供电级数多，关系复杂，继电保护定值计算难度大，越级跳闸现象时有发生，威胁矿井安全生产[1]。因此，分析越级跳闸发生的原因显得尤为重要。目前行业内已经有一些针对越级跳闸事故的应对办法和先进设备，也起到了一定的保护效果，但是防越级跳闸保护装置在安装过程中，一些细节性的问题往往遭到忽略，如果不去避免，防越级跳闸系统在安装使用后会逐渐暴露一些如信号采集、定值设定、产品寿命等方面的问题，这些微小的问题甚至会放大造成防越级跳闸系统失效乃至引发供电事故，所以安装防越级跳闸系统的过程值得引起重视。本文对越级跳闸原因进行分析，介绍目前煤矿防越级跳闸的一些解决方案，并且就防越级跳闸系统在施工现场施工过程中的注意事项做出一些总结和建议。

1 越级跳闸原因分析

越级跳闸原因如下。

（1）保护定值整定方法不合理。在设置短路、断路保护时，发生短路后沿线保护均启动，因为速断保护定值按躲过最大负荷电流整定，比按短路电流整定得到的值要小得多。

（2）尖压脱扣保护导致越级跳闸。井下高压隔爆开关失压保护分为2级，一级是保护装置带的，一般可整定；一级是开关带的失压脱扣线圈，动作值及时间不可整定。馈线距离母线很近的地方发生短路故障时母线电压短时失压，该段母线上其他开关的失压保护误动作导致“越级跳闸”[2]。

（3）电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电流速断保护，但煤炭规程规定井下必须装设速断保护[3]。短线路短路电流的变化平缓，始末两端短路电流的差值不大，保护定值难以区分，无法保证继电保护的选择性。如果按躲过线路末端最大短路电流整定，造成线路在最小运行方式下有保护范围，而在系统最大运行方式下，由于矿井上下级系统信息相对孤立，仅仅依靠保护自身设定的电流值与动作时限配合，极易发生越级跳闸[4]。

2 越级跳闸常见解决方案

煤矿供电系统越级跳闸的常见解决方案有电气闭锁防越级跳闸方式；分站集中控制的防越级跳闸技术；基于全网数据共享的数字化变电站防越级跳闸技术；基于纵联差动保护的防越级跳闸技术[5]。

目前，煤矿供电网络比较常用同时也比较可靠的防越级跳闸保护方式为纵联差动保护装置。纵联差动保护装置作为短距离线路的主保护，通过将输电线两端的保护装置连接起来，将线路两端电气量传输到对方，通过比较电气量，判断故障发生的位置是否在本线路内，从而决定是否切断被保护线路[6]。目前普遍推广使用的是OPGW光纤复合架空地线来实现线路两端通信功能。在矿井发生供电网络故障时，能第一时间切断接近故障点线路的开关，可解决因短路、漏电引发的多级开关越级跳闸造成井下大面积停电问题，维护了矿井供电的稳定性、安全性，对实现“坚强电网”是一种可靠的支撑。

3 防越级跳闸保护系统安装建议

防越级跳闸保护装置的安装总体思路就是二次系统各部位相对独立。

3.1 互感器绕组

大多数10 kV系统为中性点不接地系统，使用的电流互感器为双绕组，安装在A、C两相，计量、测量、保护信号均采集自互感器这两个绕组，为了保障防越级跳闸保护装置与现出线保护装置互不影响，相对独立，防越级跳闸保护的采集信号应取自互感器的第三个绕组，这样不仅能使不同功能的负荷分开，互不影响，还增大了二次负载容量，保障了测量精度，所以防越级跳闸保护装置的信号采集应来自电流互感器的第三个绕组，并应选用正规、合格厂家生产的互感器产品。

3.2 独立的二次系统

防越级跳闸保护装置屏柜安装地点一端是上级变电站所、一端是属地开闭所或中央变电所，为了防止防越级跳闸保护装置屏柜的二次系统与已经配置好的保护装置二次系统互不影响，装置屏柜内所需的二次线端子排需要另加，保证二次系统独立。独立的二次系统可以不受其他保护信号的干扰，更加保障了保护的可靠性。

3.3 独立的电源

为了不与站内原有设备产生交叉影响，防越级跳闸保护柜交、直流电源应取自站内交、直流馈线屏，并且需要另加装空开，保证电源独立。这样防越级跳闸保护在安装以及检修过程中可以方便进行停送电，维护起来比较方便。

3.4 保护定值调整

保护定值调整如下。

（1）差动保护动作门槛。为了保障继电保护装置的选择性，实现发生短路事故时的可靠动作，避免事故扩大停电范围，站所所涉及出线线路的电流I段速断保护应加时限，时限值应适当延长，按躲过防越级跳闸保护装置的动作时限参考定值。

（2）制动系数。各侧CT特性不同时，制动系数应保证大电流来时引起CT不会导致外部故障发生误动作。

（3）拐点整定。一般按躲过最大事故负荷整定。

（4）变比补偿系数。两侧CT变比不一致时，可以入CT变比补偿系数[7]。

3.5 安全施工管理

防越级跳闸保护装置安装过程涉及到的停送电工作，运维管理单位应严格遵循安全操作规程，另外，运维单位应负责对外来人员的安全管理，做好施工前的安全培训和施工过程中的注意事项及危险点告知，做好安全交底，并经考试合格后允许施工，确保人身和设备安全。室外施工，如光缆的恢复和连接也应遵守相关操作规程及属地运维管理单位相关规定。

3.6 试验与维护

新加装置的试验工作应参照预防性试验规程，对试验项目和试验标准做好严格把控。光纤差动保护两段距离限制且试验两段电源不在一个基准之上，线路两段经过不同变压器转角，但是两侧电压相位相对固定，因此可以定量故障发生在模拟区内还是区外故障，通过观察保护是否动作，判断保护正确与否。试验项目参考如下。

（1）现场一般的对调试验。分别在两侧加不通电流值观察对侧接收装置电流值是否在有效值范围内；断路器跳闸试验。

（2）固定一侧电流，另一侧电流通过移相器变换相位进行对调。这种试验方式可以定性地模拟光差保护的区内故障或区外故障。

（3）通过GPS卫星校时系统进行输出电流对调。

（4）光纤差动保护通道联调试验[8]。

3.7 外观方面

由于矿井变配电站、中央变电所等很多供电站所由于历史以及科技发展因素，设计初期并没有配备防越级跳闸保护装置，如若加装防越级跳闸保护屏柜，应与站所现有各保护屏柜在样式、尺寸、外观等保持一致，以达到标准化的效果。

3.8 设计方面

防越级跳闸的光纤差动保护设计继电保护和通信专业的专业知识，主流厂商产品在设计中又各自有特点，在实际应用中要不断总结其动作特点和规律，才能更好地运用好各个型号的装置性能。

4 结束语

煤矿防越级跳闸保护对于避免井下大面积停电，保障煤矿安全生产起到非常重要的作用，从防越级跳闸系统的设计到安装的各个环节都应该得到相应的重视，全面立体地考虑装置安装中的隐患，避免在使用阶段防越级跳闸保护系统出现新的问题。本文就分析越级跳闸发生的原因，提出在防越级跳闸系统安装施工过程中的建议，为避免二次施工、二次停电、二次调试等做出积极的探索，不管是对安全生产还是对减少工程施工成本、时间成本都是一种可行性的建议。