煤礦井下高壓電網越級跳閘

煤礦井下高壓電網越級跳閘是指煤礦井下的電力系統發生故障時，應由保護整定優先跳閘的斷路器來切除故障，但因故由上級變電所斷路器跳閘來切除故障的跳閘行為。

基本介紹

• 中文名：煤礦井下高壓電網越級跳閘
• 外文名：High voltage power grid skip trip in underground mine
• 背景：供電系統愈加複雜
• 原因：線路布置、開關配置等不合理
• 危害：造成大面積停電
• 防止措施：使線路布置、開關配置等合理化

背景

隨著煤礦現代化的不斷推進和發展，井下引入了大批的先進設備和儀器，供電系統愈加複雜，供電距離和供電級數不斷增加，計算繼電保護的難度不斷增大，導致了井下發生越級跳閘的現象。如何有效防止井下高壓電網越級跳閘的發生，保證供電系統安全、可靠地運行，是煤礦亟需解決的技術難題。

危害

越級跳閘發生後可能會造成採區或上級變電所範圍內的大面積停電，礦井的正常生產受到阻礙，如果風井和水泵的供電中斷，則會導致煤礦井下的瓦斯積聚和廢水積存，增大了瓦斯爆炸的風險，可能會造成嚴重的人身傷亡和設備損壞，甚至會毀壞整個礦井，後果不堪構想。

原因

煤礦井下供電系統的線路布置不合理

通過電路分析可以得出，當供電系統線路很長時，供電系統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，所以繼電保護範圍較為廣泛；當供電系統線路較短時，供電系統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，故而繼電保護範圍較為狹小。

由於煤礦開採的特殊性，井下多選用很多段較短的電纜線路形成供電網路，這就導致電路系統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範圍，速斷保護的設定起不到應有的作用。在實際套用中發現，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範圍，所以速斷裝置同時被啟動，甚至上級速斷裝置動作更快，從而產生了越級跳閘。

煤礦井下供電系統的開關配置不合理

煤礦井下生產時會產生瓦斯等易燃易爆性氣體，從安全形度考慮，要求井下的供電系統使用高壓防爆開關。高壓防爆開關要隨著礦井的產量和電量負荷進行不斷的更換，但是與地面變電所的供電設備配合效果不佳。

煤礦井下現使用的高壓防爆開關的動作時間是由繼電保護裝置的動作時間和自身的固有動作時間共同決定的。繼電保護裝置的動作時間是通過電流互感器感知電磁來確定的，由於每個電流互感器的磁化曲線不盡相同，導致其保護準確度較低，保護的整定值會與其動作值存在一定的誤差。另外，井下潮濕的環境會影響高壓防爆開關的靈敏性，延遲了開關自身的固有動作時間，發生短路故障時，井下高壓防爆開關的動作慢於地面的高壓開關動作，故而產生了井下高壓電網的越級跳閘。

煤礦井下供電系統制定的速斷方案不合理

速斷保護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裝置的動作時間要早於上級速斷保護裝置0.5s，上下級配合共同起到速斷保護的作用。

但在煤礦企業的實際生產中，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裝置採用了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裝置的時間級差設定為0s，這樣一來當發生電路故障時，上下級速斷保護裝置會同時動作，造成越級跳閘的發生。

煤礦井下供電系統欠電壓釋放保護迴路不合理煤礦井下條件複雜，使用的電動機數量很多，需要的啟動電流很大。在一些大型的綜采工作面，為提高採煤效率，可達到很高的機械化程度，使用了大量的大功率綜采設備，且均位於供電線路的末端。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於正常的工作值，斷路器便會發生跳閘並閉鎖保護，這類情況屬於斷路器的誤動作。

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。要恢復母線的話，就會同時啟動多台大容量電動機，會啟動地面線路的過負荷保護，延時後出現越級跳閘，將停電範圍進一步擴大。

防治措施

煤礦井下供電系統線路布置的合理化

對於煤礦井下變電所的主排水泵房等重要場所，實現獨立供電或者雙迴路供電。如此，當井下供電系統的某一迴路發生故障而停止供電時，迅速啟動另一供電迴路恢復供電，降低了井下全面停電的機率，從而有效降低事故的發生的可能性，保障井下供電系統的安全、可靠運行。

煤礦井下供電系統開關配置的合理化

改造高壓保護器，使其實現電流三段保護和根據計算值設定保護定值的功能，將動作時間延時精確到毫秒級別，在0～3s內可以隨意調整。.

或者通過光纖獲取每個控制點斷路器保護裝置的信息，各個斷路器保護裝置可以獨立使用，具備常規保護功能。在發生供電故障時，通過測得的故障參數來準確找到故障地點，並將故障準確切斷。

斷路器保護裝置應該具有2個及以上的光纖通信接口，能夠實現區域選擇性的聯鎖保護功能。

煤礦井下供電系統速斷方案的合理化

為了提高井下供電系統的安全性，在保證了選擇性的情況下儘可能縮短速斷保護裝置上下級的時間級差。使用智慧型化的微機保護裝置，可以縮短速斷保護裝置的動作時間，提高延時的準確性，從而減小井下防爆開關動作時間的級差。相關的實驗結果表明，要保證防爆開關動作時間的選擇性，則時間級差要達到100ms及以上。所以，通過微機保護裝置設定防爆開關的速斷動作時間和限時速斷時間的級差為100-300ms，上下級過電流保護裝置的時間級差為100-200ms。這樣，最後一級防爆開關安裝速斷保護裝置和過電流保護裝置時間後的延時時間為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。

煤礦井下供電系統欠電壓保護迴路的合理化

調整煤礦井下欠電壓釋放保護迴路的低電壓動作值，在欠電壓迴路上增加延時對其進行限時電壓保護。

煤礦井下欠電壓釋放保護迴路的低電壓動作值一般設定為額定電壓的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致的斷路器誤動作，可調整井下供電線路最末端一級的欠電壓動作值整定為60～70%，然後依次整定該母線的欠電壓工作值。

目前煤礦井下使用的高壓防爆櫃的欠電壓釋放保護沒有時間限制，發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裝置的動作時間和增加欠電壓釋放保護迴路時限，可以將低電壓速斷保護裝置改為限時電壓保護裝置，配合電流速斷保護裝置使用。可將高壓防爆櫃的交流電壓保護線圈換為直流線圈來增加欠電壓釋放保護迴路的時限，對直流線圈完成單相全波整流後，把並聯的電容在失壓後放電延時返回。通過這種方法可以將欠電壓釋放保護迴路的時限增加500ms或者1s，延時效果良好，方法操作簡單，使用安全。

總結

深入地分析煤礦井下高壓電網越級跳閘的原因，並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越級跳閘事故的發生，避免事故造成的人身傷亡和財產損失。如何提高煤礦供電系統的的安全性和可靠性，是值得廣大機電技術人員進一步研究和探討的問題。