煤矿井下电网越级跳闸的主要原因与解决方法

摘 要: 浅析煤矿井下越级跳闸的起因、主要问题分析，提出解决方法。

关键词: 井下供电；越级跳闸；原因；对策方法

中图分类号：U665.12文献标识码： A 文章编号：

煤矿井下电网多采用短电缆组成级数较多的辐射状的干线式级联网络。由于采煤工作面工作条件较差、环境恶劣，电缆在回采过程中来回再拖拽，更容易受损，以致造成电缆绝缘击穿形成相间短路，引起短路故障。系统阻抗较小，发生短路故障时，短路电流比较大，超过上级装置速断保护整定值，使的保护启动形成越级跳闸（有时越过多级）。上级变电所的跳闸，将使井下大面积停电，影响矿井安全生产，以致于人身安全受到影响。

一、越级跳闸的起因

1）供电设计不合理。此原因造成保护死区或保护上下级无法配合。2）操作电源的原因。因其会造成开关拒动或保护动作后不能跳闸。3）开关机构原因。因机械工艺原因或开关机构卡涩等原因，造成高防开关拒动，引发上级后备保护动作，系统越级跳闸。4）整定值整定不当。计算不准确、定值输入不当、或由于运行方式改变后，没有重新计算定值，都会引起线路跳闸。5)继电保护原因。某种原因造成保护不动作、动作但出口不跳闸、或继电保护动作时延不准、离散性较大造成越级跳闸。6)其它设备原因。没有严格把好质量关，设备质量较差的影响。

二、主要问题分析

1）线路短，短路电流较大的问题。井下供电线路较长时，首端和末端的短路电流级差较大，短路电流的变化趋势较陡，保护范围也较大；较短时，短路电流的变化趋势平缓，速断保护的整定值即使考虑可靠系数，保护范围也很小。井下高压电网多采用长度较短的多段电缆线路构成网络，上下级的短路电流难以区分，有的线路的速断保护范围基本为零。当下一级回路发生短路故障时，由于短路电流很大，即使上下级回路在速断保护整定值上有一定级差，却起不到级差作用，以致上下级速断保护同时启动，或上级抢先动作形成越级跳闸。有的线路虽长但电缆截面较大，短路电流也很大，短路故障时也容易引起保护越级跳闸。对微机保护，短路电流超过定值，就会启动保护，而不影响保护动作时间了。所以，当上级保护启动时，无时限的速断保护将同时与下级保护动作。

2）速断保护及时限问题。传统的速断保护，上下级保护动作时限按Δt为0.5s的阶梯配合，下级保护应比上级保护时限少0.5s。而为了迅速、准确地切除故障，一般将6kV电源馈出线电流速断保护动作时限多数定为0s，即两级中央变电所进线馈出柜速断保护采用0s动作时限，这使得井下各级速断保护时限只能整定为0s。即使能够满足时限配合，若速断保护不能瞬时动作，而采用延时动作，就需要增强电缆在故障时通过大故障电流的导电能力，也要增加电缆绝缘和防爆性能，显然需要增加大量投资，系统安全性还会变差。所以，井下供电系统保护只能按两段过流保护，且保护功能欠缺，无法实施新型速断保护。

3）继电保护的质量问题。因受经济因素制约，井下高压电网一直使用老式数字化保护，严重滞后于电力系统的发展。老式保护使用了大量电位器、拨码开关作为时间定值、电流定值。随工作的时间延长，电位器还会出现偏移或损坏造成定值不准；潮湿的环境常使拨码开关因腐蚀而接触不良，这都可能造成保护装置拒动或误动。虽然有的开始使用微机保护，但只是在老式数字化保护基础上的局部改造，没有摒除电位器；缺少完善的软硬件自检系统；缺少完备的抗干扰、抗扰动的措施，装置也容易因为外界扰动造成拒动、误动或超前动作。

三、解决方法

1）改进供电方式。对重要负荷，如风机等采用独立供电方式。影响到矿井安全的负荷，采用不同供电等级的双回路供电。在供电设计、优化供电组合上寻求妥当的解决方案。

2）高品质的智能化微机保护装置的应用。电力系统对继电保护的基本要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性。井下高压电网系统发生故障时，继电保护装置必须以尽可能短的时间、有选择地将故障与系统切除，非故障部分能继续运行，使影响限制在最小范围内。要求保护该动作时不应拒动、不该动作时不应误动作。按《煤矿安全规程》要求，应用高品质的微机保护装置，实现在线监测电压、电流、功率、电度等交流参数，具备各项常规保护功能，且需集保护、测控、通信为一体，便于实现与矿井调度系统、煤矿瓦斯安全监测监控系统等联网，实现矿井的综合自动化。

3）采用优良的速断保护方法。井下应加装限时电流速断保护，原则要求保护本线路的全长。但上下级同时要求投入速断保护(无时限速断保护)时，如果短路电流较大，上级线路速断保护仍然可能启动并出口跳闸，不能起到有效的防止越级跳闸的作用。应用单片机和串行通信的新型过流保护系统，在电网发生短路故障后0.2s内实现有选择性的快速断电，避免井下电网越级跳闸。有的利用接点形成各级保护间的选择性联锁，构建一种在井下高压电网可行的选择性过流保护系统，但不能确定出相邻故障级。短延时在多级情况下，上下级保护动作时限按Δt为0.5s的阶梯配合，将造成上级保护短延时整定过长。如果短延时都是躲过下级开关拉弧时间整定，在下级开关拒动时，上级开关甚至再上一级开关都有可能经过短延时动作，造成故障范围扩大，不便于查找故障点。因此，必须充分利用微机保护的实时性、可靠性的特点，构造出一套可选择出故障级和相邻故障级，这既可保证速断保护的速动性，又可保证速断保护的选择性。

四、结语

从井下电网越级跳闸的原因分析可知，采用高品质的新型智能化的微机保护装置，利用优良的速断保护方式，能有效地降低越级跳闸事故的发生，保障矿井安全生产秩序的持续进行。

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