煤矿供电系统防越级跳闸技术应用研究

煤矿供电系统防越级跳闸技术应用研究

王宇

国电建投内蒙古能源有限公司

摘要：近些年，随着我国社会经济的发展与进步，我国城市化发展的迅速提升，煤矿供电系统是保障煤炭开采过程中各类电气设备正常平稳运转的关键，通过输送电能给机械设备产生运转动力，实现煤炭物料的开采。目前矿井供电系统容易出现越级跳阐等问题，对供电系统的安全性有较大影响并且容易引发其他故障，造成矿井安全生产事故的发生。对越级跳闸原理和机制进行分析后，提出了基于GOOSE通讯技术的供电系统防越级跳闸技术，对整个系统硬件、软件进行了设计，实现了防越级跳闸技术在实际现场煤矿供电系统中的应用，并取得了良好的效果，能在矿井恶劣的环境中提升供电系统安全性能。

关键词：煤矿；供电系统；防越级跳闸；技术应用

引言

在煤矿供电网络中，馈电开关可能由于某些情况误动作跳开，分馈电开关动作跳开可能造成某工作面范围所有用电设备停用，影响煤炭生产，如果出现越级跳闸将导致停电范围扩大，引发电气设备损坏甚至人员伤亡事故。煤矿井下防越级跳闸技术一直是国内外技术人员研究的热点，最初我国有部分煤矿采用电信号逻辑闭锁方式和分站集中控制方式，这两种方式分别存在实用性差以及控制主机要求高等问题。

1概述

随着煤矿开采业的规模不断扩大，资金投入量也在不断增长，煤矿业的发展推动了国民经济进步，是国家重要的支柱产业之一，煤炭资源的进出口业务为国家带来了不小的经济收益。在煤矿井下供电系统中，如果供电系统出现短路事故，很容易演化成越级跳闸事故。通过一种新的防越级跳闸系统纵向保护供电系统，减少纵向供电差异，降低出现短路的概率，从而大大提升供电系统的安全性，促进供电系统的可持续运行。通过实验方法，针对国内常见的煤矿井下越级跳闸故障分析原因，根据模拟实验的数据调整设备参数，验证了通信级联闭锁防越级跳闸技术的可靠性，可以确保供电系统稳定运行。通过供电防越级跳闸系统的设计，将煤矿井下供电系统的安全性控制在需求范围内，极大地提升了供电系统的运行效率。研究了在煤矿安全生产中煤矿机电技术的应用，提出煤矿机电的特征包括开放式、集成式、智能化三种，介绍了几种煤矿机电的应用过程和主要作用，利用煤矿机电技术，可以在各个环节中实现煤矿生产安全控制，在优化资源配置的同时提升生产效率，促进煤矿安全生产的顺利进行。

2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。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10-50ms，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2ms，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。

3煤矿供电系统防越级跳闸技术应用

3.1变电站集中式防过载跳闸技术

当电源线路的此部分发生短路时，保护控制回路会收集线路上的异常信息，并将故障信息发送到变电站进行分析判断，在故障情况下提供相应的信号指导，用于控制判断线部分的保护控制开关，防止发生过高跳闸。即使采用变电站集中控制方式，也存在一定的局限性，不能推广应用到所有煤矿供电系统中。首先，要应用这种保护控制技术，需要电源部分带有相应的超速保护跳闸装置，变电站设备必须具备良好的变电站与超速保护跳闸保护设备的通信匹配性能。如果不能保证良好的通信信号，将发生信息传输延迟，也不能保证效率。

3.2地面通信保护法

地面通信保护是利用地面开关和监控主机保护器，达到理想通信效果。在获取开关电流信号基础上，能够对所有开关进行定值操作，如此则可以确定电力系统短路具体位置，并从监控主机发出指令，不仅能够控制短路位置的上级开关，还能够通过跳闸方式切断线路。计算机在供电系统故障判断、保持通信以及指令发送过程中需要将时间控制在合理范围内。开关保护器在20ms时间内能够迅速启动速断跳闸装置。但是，由于计算机发出指令运用的时间远远超出保护器速断跳闸时间，所以需要选择特殊保护器，将其应用到地面通信系统中，在保证通信状态稳定的情况下，可以将本地保护工作取消。如果通信状态不稳定，则需要切换本地保护功能。

3.3电动锁式防过度技术

超速跳闸技术具备的电锁功能主要是为电源系统各级防跳闸保护装置设置延时启动，以此来确保上级保护开关比下级开关延时启动。若电源系统部分电路出现短路问题，电流检测装置将会向上级开关发送指令，及时分断电流，避免跳闸问题的发生。一般情况下，矿井地下线路通常都会设置多重保护装置，因此各个电源系统距离较远，无法快速识别故障问题以及保护措施是否有效。保护装置与故障点数量越多，那么第一级保护装置的延迟就越高，发生故障时做出保护响应动作就越慢，也会使电气互锁变得愈发困难。

结束语

综上所述，煤矿开采过程中，由于井下环境复杂，作业管理粗放，导致电力设施在各种因素影响下产生故障，使得供电系统出现越级跳闸问题。严重时甚至会引发安全事故，对电力设备和工作人员造成不良影响。为了避免煤矿开采过程出现大面积断电问题，不仅需要做好井下电力设施监督、检查工作，还要利用现代化技术构建防越级跳闸系统，保证供电系统安全运行，为电力设施提供保护，促进井下作业安全进行，促进煤矿企业采矿作业向智能化、机械化、标准化趋势不断进步。

参考文献

［1］王倩．煤矿供电防短路越级跳闸系统优化设计［Ｊ］．机械管理开发，2020,35（10）：191-192．

［2］付炅．煤矿供电系统越级跳闸问题研究［Ｊ］．采矿技术，2020,20（4）：132-134．

［3］荣翔．煤矿供电防越级跳闸常用方案探究［Ｊ］．能源与节能，2020（5）：125-126．