井下防越級跳閘技術的研究與應用
科技專論
作者：符曉
【摘要】越級跳閘是影響煤礦供電係統安全、穩定運行的主要因素之一，針對礦井電網普遍存在的越級跳閘問題，提出通過綜合保護裝置的專用防越級跳閘通信接口及專用通信網絡，采用線路光纖差動保護技術及基於網絡智能識別的保護技術，解決礦井電網的繼電保護越級跳閘問題，並在最短的時間內準確、安全的消除故障，避免越級跳閘，對於實現煤礦供電係統和生產設備的全麵自動化監控具有重要的指導作用。
【關鍵詞】越級跳閘；供電係統；綜合保護裝置；通信；自動化；應用
引言
隨著煤炭工業的快速發展，礦井電網的規模也越來越大，各種重裝備、新設備的不斷投入，使礦井電網的運行環境更為複雜。因而，礦井電網的可靠運行對於井下安全、高效開采具有重要意義。由於煤礦特殊的生產環境，受礦井供電負荷增長、供電距離延伸及井下多級供電結構的特殊性等因素的影響，井下電網基本不能應用傳統的三段式電流保護，而隻能使用速斷、過電流兩段電流保護作為井下電網的主保護和後備保護，以致電網保護係統的選擇性和靈敏性不能兼顧，當係統出現短路故障時，造成繼電保護越級跳閘，影響井下電網的供電可靠性。越級跳閘不僅造成井下區域性的停電事故，更影響礦井各大係統的正常運行，如通風係統、運輸係統等，威脅著井下的安全生產和從業人員的人身安全。因此，研究井下防越級跳閘技術對於保障礦井安全生產和提高煤炭行業效益具有重要意義。
1、越級跳閘原因分析
由於井下環境較為複雜，造成井下越級跳閘事故的因素較多，主要有繼電保護方式原因、短路電流值較大、開關機構配置不當、電壓波動和電氣幹擾等。
1.1繼電保護方式原因。電力行業常用的三段式過流保護方法並不適用於煤礦供電係統，而煤礦井下使用的逐段延時跳閘的時間級差整定方法存在較多問題，該方法級數多、短路保護動作耗時較長，當發生過流事故時，開關會同時啟動跳閘功能，造成上級開關越級跳閘。現有的縱差保護方法一般適用於長距離線路的短路保護，煤礦供電係統不僅需要保護變電所電源線路不發生越級跳閘，更需要在支路發生短路故障時避免總開關越級跳閘，造成其他非故障支路停電，而縱差保護不適用於煤礦供電係統一條進線多支路的情況，不能避免支路故障時總開關越級跳閘。
1.2短路電流值較大。由於煤礦供電係統的線路長度普遍較短，線路的電阻值小，出現了始端和終端電流差值較小的現象，由於上、下級的短路電流很難區分，速斷保護範圍基本為零，此時速斷保護作用不大。當係統發生短路故障時，短路電流值超過上級開關所設設置的最大電流值會導致上、下級保護同時啟動，甚至上級搶先動作而造成越級跳閘。
1.3開關機構配置不當。隨著煤礦產量的不斷提高和負荷的不斷增加，煤礦井下所選用的高壓防爆開關也在不斷的更換，因此在選型上很難做到與地而變電所的供電設備合理配合。煤礦井下目前使用的高壓防爆開關動作時間由兩部分組成，一部分為繼電保護裝置的動作時間，包括采樣時間、單片機的處理時間以及繼電器信號輸出時間；另一部分為高壓防爆開關的同有動作時間，包括跳閘電磁鐵的動作時間、跳閘機構動作時間和真空斷路器動作時間。由於井下環境潮濕，很容易造成高壓防爆開關機構卡澀、不靈活，以至於增加開關的固有動作時間，加之開關質量不佳、機構複雜、部件較多容易出現機構動作不靈敏的現象，造成當發生短路故障時，地麵的高壓開關櫃動作快於井下的高壓防爆開關，造成了井下越級跳閘現象。
1.4電壓波動和電氣幹擾。煤礦電氣設備運行環境潮濕，空間狹小，目前煤礦使用變頻器、軟啟動器等非線性設備較多，電網中的諧波、浪湧等幹擾，會通過電源和通信線路幹擾保護器的工作，目前煤礦開關的保護器抗幹擾和電磁兼容性設計不完善，抗幹擾能力差，多數沒有經過國家級的電磁兼容檢驗，外界幹擾極易造成保護器的誤動跳閘，保護器對外的幹擾輸出也會造成同一線路上的保護器誤動跳閘，這是造成突發越級跳閘的主要原因之一。同時，由於供電係統擾動、大設備啟動、雷擊幹擾、接地等原因都會造成供電係統瞬時電壓波動，當瞬時電壓波動範圍低於額定電壓65%，由於失壓脫扣器的動作特性，係統中的開關失壓保護動作跳閘，造成不確定位置的開關跳閘。