煤礦高壓電網(wǎng)跳閘及處理措施分析

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摘要：隨著煤礦企業(yè)產(chǎn)能不斷增加，當(dāng)前對(duì)礦井供電穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)日益提升。煤礦高壓電網(wǎng)故障會(huì)導(dǎo)致越級(jí)跳閘現(xiàn)象，因此需要實(shí)施有效的處理措施，以實(shí)現(xiàn)煤礦高壓電網(wǎng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的需要。評(píng)價(jià)和分析煤礦電網(wǎng)的意義，介紹煤礦高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的后果、因素以及相應(yīng)的處理措施。

關(guān)鍵詞：煤礦；高壓電網(wǎng)；越級(jí)跳閘；原因；處理

引言

礦井工作環(huán)境復(fù)雜，供電系統(tǒng)較易出現(xiàn)故障，常見的故障有單相接地故障、相間短路故障等。煤礦高壓電網(wǎng)故障會(huì)造成越級(jí)跳閘，防越級(jí)跳閘系統(tǒng)能有效解決這一問題，還能滿足煤礦高壓電網(wǎng)對(duì)可靠性、經(jīng)濟(jì)性的要求。礦井電網(wǎng)經(jīng)常應(yīng)用短電纜組成多級(jí)的供電系統(tǒng)，在下級(jí)線路出現(xiàn)短路的情況下會(huì)形成較大電流，就形成了越級(jí)跳閘。引起越級(jí)跳閘的原因比較多，只有充分分析這些因素，才能實(shí)施有效的處理措施。

1評(píng)價(jià)和分析煤礦電網(wǎng)的意義

基于煤礦電網(wǎng)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)缺少合理性，因此故障防范水平較低，這不利于電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全，也加重了供電運(yùn)行管理者的工作負(fù)擔(dān)，如持續(xù)擴(kuò)容之后的系統(tǒng)導(dǎo)致電網(wǎng)具備復(fù)雜結(jié)構(gòu)、難以處理故障、難以整定繼電保護(hù)、難以分析事故因素等。此外，一部分煤礦供電系統(tǒng)還存在高低壓越級(jí)跳閘事故、短路故障導(dǎo)致線路出現(xiàn)調(diào)整事故、接地故障無選擇性跳閘事故等。為了與電網(wǎng)的快速發(fā)展相適應(yīng)，安全管理務(wù)必由傳統(tǒng)管理轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化管理，安全工作需要由事后處理轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程控制，切實(shí)注重預(yù)防，明確危險(xiǎn)因素和薄弱之處，確保胸有成竹，實(shí)時(shí)采取處理措施。不少煤礦企業(yè)的供電系統(tǒng)存在安全隱患，需要將其在萌芽時(shí)期杜絕。為此，非常有必要評(píng)價(jià)和分析煤礦供電高壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)尤其是越級(jí)跳閘的現(xiàn)象，這樣才能夠保障煤礦企業(yè)生產(chǎn)的安全性。

2煤礦高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的后果

越級(jí)跳閘指的是礦井出現(xiàn)電力故障的情況下，切除故障經(jīng)由保護(hù)整定優(yōu)先跳閘的斷路器進(jìn)行，然而因?yàn)楣收蠁栴}通過上級(jí)變電所斷路器跳閘而對(duì)故障進(jìn)行切除的跳閘動(dòng)作。出現(xiàn)越級(jí)跳閘會(huì)導(dǎo)致范圍較大的上級(jí)變電所或者是采區(qū)停電現(xiàn)象，這非常不利于礦井生產(chǎn)的進(jìn)行。倘若水泵以及風(fēng)井發(fā)生斷電的情況，那么將會(huì)造成礦井積存廢水和聚集瓦斯，從而使瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)提升，這會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備、危險(xiǎn)人身安全，甚至?xí)沟V井整體損毀，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

3煤礦高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的因素

結(jié)合實(shí)地調(diào)研、信息資料以及筆者自身的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，下面分析煤礦高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的影響因素。

3.1未適當(dāng)布置礦井供電線路

結(jié)合電路分析能夠明確，在供電線路非常長(zhǎng)的情況下，比較大的短路電流差值會(huì)形成于供電系統(tǒng)的末端與開端，以及線路電流存在陡峭變化的情況，繼電保護(hù)之范圍較廣。對(duì)于較短的供電線路情況下，其末端以及開端的短路電流差基本是零，以及線路電流的改變比較平緩，這樣繼電保護(hù)具備比較狹小的范圍。因?yàn)槊旱V開采比較特殊，礦井的供電網(wǎng)絡(luò)多數(shù)是比較短的多段電纜線路，這造成顯著的短路電流差值不存在于電路系統(tǒng)上下級(jí)間，從而使繼電保護(hù)的范圍顯著縮小，設(shè)置的速斷保護(hù)難以體現(xiàn)。在應(yīng)用過程中，如果下一級(jí)的電路出現(xiàn)短路的情況，并且形成的短路電流都在上下級(jí)繼電保護(hù)的范圍當(dāng)中，那么速斷設(shè)備將會(huì)被啟動(dòng)，使上級(jí)的速斷設(shè)備具備更加迅速的動(dòng)作，進(jìn)而形成越級(jí)跳閘。

3.2未合理配置礦井供電開關(guān)

礦井生產(chǎn)過程中會(huì)形成易爆易燃的瓦斯等氣體，以安全性作為視角，需要礦井將高壓防爆開關(guān)應(yīng)用于供電系統(tǒng)中。并且，應(yīng)根據(jù)礦井的產(chǎn)量以及電能荷載實(shí)時(shí)更換高壓防爆開關(guān)，然而這樣一來，難以有效地配合地面變電所的供電裝置。繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作時(shí)間會(huì)影響當(dāng)前礦井應(yīng)用的高壓防爆開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間。而應(yīng)用電流互感器對(duì)電磁的感知即是確定了繼電保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間，因?yàn)楦麟娏骰ジ衅鞔嬖诓灰恢碌拇呕€，所以造成其缺少較高的保護(hù)準(zhǔn)確性，保護(hù)整定值跟動(dòng)作值的誤差存在。此外，礦井環(huán)境的潮濕因素不利于高壓防爆開關(guān)靈敏性的提升，使開關(guān)動(dòng)作時(shí)間存在延遲的情況，在發(fā)生短路的情況下，地面高壓開關(guān)的動(dòng)作要明顯快于礦井高壓防爆開關(guān)，這樣就形成了越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

3.3不科學(xué)的供電速斷方案

0.5s的級(jí)差階梯存在于上下級(jí)是速斷保護(hù)的原則，即與上級(jí)速斷保護(hù)設(shè)備相比較，下級(jí)速斷保護(hù)設(shè)備動(dòng)作時(shí)間會(huì)明顯地提升0.5s。然而，對(duì)于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過程而言，其主要目標(biāo)主要有兩個(gè)：一是迅速解決電路系統(tǒng)存在的故障；二是倘若0.5s的級(jí)差被速斷保護(hù)設(shè)備所應(yīng)用，那么電纜的消耗將不斷增加，從而增加煤礦的投入，也不利于提高供電安全系數(shù)和電纜管理的容易度。有鑒于此，通常設(shè)置上下級(jí)電流速斷保護(hù)設(shè)備時(shí)間級(jí)差的值為0s，這樣在煤礦供電系統(tǒng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)致越級(jí)跳閘的情況。

3.4不合理的礦井供電欠電壓釋放保護(hù)回路

礦井生產(chǎn)條件復(fù)雜化，也應(yīng)用非常多的電機(jī)，需要的啟動(dòng)電流值往往較大。對(duì)于一部分規(guī)模較大的綜采工作面而言，為了實(shí)現(xiàn)采煤效率的提升，不斷提升機(jī)械化應(yīng)用水平，應(yīng)用不少功率較大的綜采裝置，以及都安置于供電線末端位置上。在進(jìn)行啟動(dòng)的時(shí)候，末端電壓迅速減小，這樣一來末端斷路器電壓會(huì)比較低，從而導(dǎo)致斷路器的跳閘以及閉鎖現(xiàn)象形成，如此的現(xiàn)象屬于斷路器誤動(dòng)作范疇。這樣會(huì)使地面位置上的變電所母線三相電壓明顯減小，不利于母線位置上其他電機(jī)的順利運(yùn)行。為了使母線恢復(fù)，需要同時(shí)啟動(dòng)很多臺(tái)功率比較大的電機(jī)，這樣會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)地面線路過荷載保護(hù)，那么在進(jìn)行延時(shí)之后，就形成了越級(jí)跳閘的現(xiàn)象。

4煤礦高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘處理措施

針對(duì)煤礦開采實(shí)際存在的高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘問題，可以采取下面的一些處理措施。

4.1選用適宜的高壓防爆開關(guān)

在開采煤礦時(shí)，由于工作環(huán)境較為復(fù)雜，造成經(jīng)常損壞高壓防爆開關(guān)。因此，應(yīng)時(shí)常更換高壓防爆開關(guān)，在進(jìn)行更換時(shí)選擇匹配的開關(guān)。需要確保礦井開關(guān)與地面供電所開關(guān)的互相匹配，這樣才能夠在礦井復(fù)雜的環(huán)境中降低短路現(xiàn)象，進(jìn)而有效降低煤礦高壓電網(wǎng)越級(jí)跳閘的出現(xiàn)次數(shù)。

4.2選用雙回路供電或單獨(dú)的供電方式

在供電方式的選擇上，應(yīng)使用雙回路供電或單獨(dú)的供電，這樣如果其中一個(gè)回路暫停運(yùn)行，那么另外一個(gè)回路還可以供電。然而在供電時(shí)，由于環(huán)形供電倒閘具備較為復(fù)雜的構(gòu)造，因此能夠使環(huán)形供電級(jí)數(shù)減少，也能降低越級(jí)跳閘的頻率。在礦井工作過程中，還存在一種停電的情況，在停電出現(xiàn)時(shí)，一個(gè)電源集中了全部的荷載，太大的荷載也會(huì)造成越級(jí)跳閘。鑒于此，需要將雙回路供電設(shè)置在關(guān)鍵荷載（瓦斯抽泵站、通風(fēng)機(jī)等）處，從而很好地防范越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

4.3科學(xué)制定礦井供電的速斷措施

為了確保礦井供電安全，應(yīng)在確保選擇性的前提條件下，盡量縮短速斷保護(hù)設(shè)備上下級(jí)的時(shí)間級(jí)差。而智能化微機(jī)保護(hù)裝置的科學(xué)應(yīng)用，能夠做到這一點(diǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)準(zhǔn)確性的大大提升。相關(guān)實(shí)踐研究證實(shí)，為了確保防爆開關(guān)動(dòng)作時(shí)間的選擇性，應(yīng)達(dá)到至少100ms的時(shí)間級(jí)差。因此，結(jié)合微機(jī)保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)為100~300ms的防爆開關(guān)速斷動(dòng)作以及限時(shí)速斷的時(shí)間級(jí)差，而上下級(jí)過電流保護(hù)裝置的時(shí)間級(jí)差是100~200ms。這樣，最后一級(jí)防爆開關(guān)安裝速斷保護(hù)設(shè)備與過電流保護(hù)設(shè)備時(shí)間后的延時(shí)時(shí)間是100~200ms，明顯少于以往的0.5s，不但使系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性提升，而且可以更加敏捷地切斷電路故障。此外，作為智能變電站的一種衍生系統(tǒng)，防越級(jí)跳閘系統(tǒng)有利于礦井作業(yè)一體化、安全化、高效性的開展，為打開礦底層提供共享數(shù)據(jù)。其運(yùn)行的根本在于給變電站配置線實(shí)施差動(dòng)保護(hù)的功效，以及可以對(duì)故障區(qū)的一系列相關(guān)信息進(jìn)行自動(dòng)判斷和反饋，基于智能電網(wǎng)系統(tǒng)推動(dòng)升級(jí)為高級(jí)數(shù)字化的變電站構(gòu)造，從而共享整個(gè)礦區(qū)的信息，很好地防范越級(jí)斷電和無選擇性漏電等，結(jié)合此系統(tǒng)能夠加速升級(jí)軟件系統(tǒng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)抗干擾性和可兼容性的提升。

4.4確保具備合理的礦井供電欠電壓保護(hù)回路

對(duì)礦井欠電壓釋放保護(hù)回路低電壓動(dòng)作值進(jìn)行調(diào)整，將延時(shí)增加于欠電壓回路上，以使限時(shí)電壓保護(hù)形成。通常設(shè)置礦井欠電壓釋放保護(hù)回路低電壓動(dòng)作值是額定電壓的60%~70%，為了防止直接啟動(dòng)供電線路末端的大功率電動(dòng)機(jī)造成斷路器的誤動(dòng)作，能夠整定礦井供電線路最末端級(jí)別的欠電壓動(dòng)作值為額定電壓的60%~70%，再分別對(duì)母線欠電壓動(dòng)作值進(jìn)行整定。當(dāng)今礦井的高壓防爆柜欠電壓釋放保護(hù)不存在時(shí)間制約，出現(xiàn)欠壓情況下能夠迅速切斷電路，導(dǎo)致誤動(dòng)作。在全面兼顧增加欠電壓釋放保護(hù)回路的時(shí)限以及電流速斷保護(hù)設(shè)備動(dòng)作時(shí)間基礎(chǔ)上，能夠整改低電壓速斷保護(hù)為限時(shí)電壓保護(hù)，配合應(yīng)用電流速斷保護(hù)?？梢栽黾忧冯妷横尫疟Ｗo(hù)回路時(shí)限，在直流線圈的單相全波整流完成之后，將并聯(lián)的電容失壓之后放電延時(shí)返回。結(jié)合如此手段，能夠增加至少500ms的欠電壓釋放保護(hù)回路時(shí)限，便于操作、應(yīng)用安全。

5結(jié)束語

基于持續(xù)提升礦井生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，煤礦供電發(fā)展的一個(gè)方向和趨勢(shì)是數(shù)字化變電站技術(shù)，其非常有助于礦井供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。然而，越級(jí)跳閘現(xiàn)象依舊是影響煤礦安全供電的一個(gè)技術(shù)性難題。為此，供電管理技術(shù)人員需要有效把握礦井供電系統(tǒng)的特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步分析當(dāng)今煤礦新型防越級(jí)跳閘供電技術(shù)的發(fā)展問題，確保合理規(guī)劃、適當(dāng)統(tǒng)籌，防患于未然。這樣才能很好地防范越級(jí)跳閘故障，保障礦井供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。

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作者：謝傳立 單位：兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦