井下供电系统越级跳闸原因及方案探析

中图分类号：TD61 文献标识码：A

摘要：文章介绍了煤矿井下供电系统装置，探究了井下供电系统的越级跳闸原因，提出了越级跳闸的解决方案。实际运行表明，经改造后的BGP、PJG 系列高压防爆开关有效地避免了因越级跳闸造成的大面积停电事故，减少了安全隐患，提高了生产效率，提高了供电的安全性和可靠性。

关键词：矿井；越级跳闸；供电系统；高压防爆开关；漏电保护；智能化微机保护装置

一、煤矿井下配电装置及供电系统

（一）煤矿井下配电装置

煤矿井下的总体结构配电装置主要包括：隔爆箱和机芯小车。壳体、接线腔、后盖（两块）、箱门、底架等主要部分组成隔爆箱。壳体中间有一隔板，将箱体分为前后两腔，总体为长方体结构。机芯小车、压敏电阻、三相电压互感器、真空断路器、继电保护装置、母线式穿心电流互感器、隔离插销动触头等装在前腔。一个穿墙式九芯接线柱和6个插销静触头座装在箱体中隔板上。中间横隔板不起防爆作用，隔离板右上角装有照明灯。后腔包括：上室和下室，零序互感器装在下室的高压电缆引入口内侧。小出线嘴装在下室左侧上，用户可以用小出线嘴引出控制线，实现远方控制。另外终端电阻装在下室底板上，终端电阻接在一只两芯接线端子上，当用户使用UGSP型监视蔽电缆的负载电缆时，且需要绝缘保护监视的情况下，用户可以取下终端电阻，将负载电缆中的监视线与地线分别接到原终端电阻的接线柱上。在箱体内外有可靠的机械电器联锁装置，终端电阻的引出线分别与位于移动变压器电源进线盒内的电缆另一端的地线监与视线联接即可。

（二）煤矿井下供电系统

6KV三相电源从配电装置的电源接线盒引入，经上隔离插销、真空断路器和下隔离插销，在往后腔、下室的弯形电缆口输出到负载。操作者手动操作上、下隔离插销由进行分合闸。真空断路器既能手动合闸和手动分闸，又能电动分闸和电动合闸。

1．电动合闸电路。机械机构高爆开关：二次侧三相交流电压互感器100V电压经三相整流D1—D6输出135V的直流电压，直流电压经合闸按钮和断路器常闭接点加到直流电机M上，储能并完成合闸断路器的动作时间约3秒，断路器常闭接点自动切断合闸电源。永磁机构：二次侧三相交流电压互感器100V电压经常开接点加到永磁机构断路器上，电容器经充电储能后，放出高达数kW的脉冲电能，此时通过按动合闸按钮产生磁力的方式完成合闸动作。

2．保护动作分闸电路。机械机构高爆开关：继电保护装置在过载、漏电、短路、监视任一保护动作时，将通过输出24V直流电压经接点Q3加至脱钩器Y1，使断路器分闸。永磁机构：微电脑保护在过载、漏电、短路、监视等任一保护项目动作时，将输出跳闸信号使断路器可靠分闸。

3．电动分闸电路。机械机构高爆开关：二次三相交流电压互感器相对地电压59V，经半波整流电路，输出直流电压36.5V，并将直流电压36.5V加到脱扣电磁铁Y1上，完成断路器分闸动作。永磁机构：按分闸按钮磁铁产生相应吸力通过传动机构，并传送到真空灭弧室的动触头上，使其保持分闸状态。

二、煤矿井下电网越级跳闸的原因分析

（一）防爆开关与供电设备没有合理配套

煤矿井下供电系统的保护器的整定和选用困难，因为煤矿井下供电系统具有速断保护无时限的特点。短路保护要求动作时间要求非常迅速（?0.2s），即要求向煤矿井下直接供电的最上一级的开关短路保护动作时间?0.2s，0.2s内实现保护器时间上的配合，在现有设备的制作水平和理论上都是比较难实现的。

（二）开关机构原因和供电设计不合理

供电设计的不合理会造成保护死区或保护上下级无法配合。开闭所出线保护和内的保护配合不当，高压配电室保护在开闭所发生故障时先动作，进而引起高压配电室全停的越级跳闸现象。

（三）选择性漏电保护选线不准确

不准确的选择性漏电保护主要包括以下四种情况：

1．由于含有的大量不确定谐波的电网系统的引入会对基于谐波原理的发生保护动作的开关器件产生影响。

2．接地方式的复杂性。稳定性接地、瞬时性接地方式为主要的两种接地方式。每一种接地方式又包括：电弧性接地、电阻性接地、直接接地等类型，复杂的接地类型造成了故障信号的复杂性。

3．极大信号、奇异信号或极小信号时的严重失真，或零序电流互感器特性不一致，会给互感器识别正确的信号造成困难。

4．电网系统参数的影响：变电所线路的多少、系统对地电容的大小、系统的平衡程度、电网补偿程度及线路的长短等参数。

三、井下高压电网越级跳闸解决方案

（一）重要负荷尽量双回路或独立供电

在采用多级短电缆构成的井下高压供电网络的情况下，对于井下的重要负荷，如风机等，建议采用独立供电方式。对某些影响矿井安全的重要负荷，建议对这种重要负荷采用不同供电等级的双回路供电方式。随着供电技术的发展，注重优化供电组合和供电设计是一个良好的解决方法。

（二）高品质的智能化微机保护装置的使用

速动性、选择性、可靠性、灵敏性是电力系统对继电保护的基本要求。在井下高压电网系统的继电保护装置发生故障时，须有选择、尽快地将系统与故障切除，目的是将事故影响限制在最小范围以内，并且能使非故障部分能继续运行。这就要求保护该动作时不应拒动、不该动作时不应误动作。煤矿安全规程第455条和第457条规定：井下高压电网中高品质的微机保护装置应除了能够在线监测电度、电压、电流、功率等参数外，须集保护、测控、通信为一体，微机保护装置还需具有规程要求的各项常规保护功能，实现与矿井调度系统、煤矿瓦斯安全监测监控系统等联网，即可实现矿井的综合自动化。随着微机保护自动化系统在煤矿广泛应用，对煤矿井下高压电网综合保护装置的要求是：抗干扰功能、保护模块应具有相应的自检功能、调试维护方便、功能多、灵活性强、性价比好、可靠性高等特点；新型综合保护装置必须有相应的标准接口，且体积小，安全防爆等；由于采用交流供电，对电源模块必须采样监视，目的是防止电源影响跳闸功能。