煤矿供配电系统中防越级跳闸保护技术的应用分析

＊郭 磊

（潞安环能股份有限公司五阳煤矿 山西 046205）

1.分析造成越级跳闸原因

现今，阶段式电流保护的继电保护方式是煤矿供电系统使用的主要的方式，其主要保护的是用电的安全。电流速断保护、定时限过电流保护、限时速断保护组成了三阶段式。如果有故障发生在电力系统中，这些保护全部失灵不能动作，就会引发电力系统的越级跳闸事故。在电力系统中在不同位置配备不同的保护方法。电流速断保护与过电流保护能够保护电路末端；临时限速断保护与限时速断保护共同对电源的进、出线进行保护，三阶段式之间一起合作，促使其能正常工作的电力系统得到保障。

流整定值合作与上、下级之间的时间差的合作，这两个保护方法是限时速断保护定值的整定在电力系统中保护的主要内容。两种方式的通力合作，保证电力系统的灵敏性和选择性。两个保护方式必须同时作用。煤矿井下电力系统线路属于短线路，短线路保护时间差非常重要。若把0s假设是线路在下一级熔断保护的时间，则上一级在相同的时间段加上Δt即为熔断需要的时间，并在0.3s～0.5s的范围内，结合电力系统的特性，一般会选取0.5s这个时间点。上、下级的时间差的合作保护了电力系统，以这个为前提条件，可以预防故障发生，达到对电力系统的保护目的。

2.防越级跳闸的系统

(1)解决该问题的方案

就煤矿供电工作而言，通常会在地面与井下形成一高速的供电系统，该系统信息传输速度快，效率高，但易受到外界干扰，对于这种通讯速率传输情况，为了使生产的效率提高和失误的减少，必须采用先进的技术方案方能得到解决。以下是具体方案：

①智能化网络继电保护方法被引入，对于煤炭井下电力系统而言，设计一种跳闸装置能够实现短路闭锁功能，高速光纤通信作为煤矿井下的通信方式，使用电力系统继电器保护与参数检测。电力系统与智能化网络继电保护方法之间互相闭锁、互相保护，使其能够被更全面的保护，在井下能够有效的防止出现故障。在电力系统中若有故障发生，与故障点最短距离的开关将会跳闸，从而对线路起到了切断保护的作用，如有比较大的电流通过时，会有越级跳闸发生。发生越级跳闸之前会对工作人员做出警示的动作，提醒其检查和修理故障部位，使电力系统的安全可靠的运行得到了保障。

②失压延时保护技术被使用。网络化智能保护被使用在电力系统中，可以使备用电源被系统所拥有，为满足电力系统能够正常运行，就要经过控制欠压带电或内部释放线圈带电。为防止电压波动保护装置误动作，失压延时保护技术可以避免误动作跳闸，更加有效的保护了煤矿井下电力系统。失压延时技术的使用，能够在较短的时间内维修和恢复短路系统，使其能在较短的时间恢复正常运行。

(2)对系统进行设计

为了降低运行成本在电力系统中的比重，可以根据煤矿供电的实际情况，对新的保护方式进行进一步改进。动作灵敏度高的保护装置，要把数据尽可能快的传递，若有问题能第一时间接收到信号，有效可靠的保护措施能够得到提高。因此采用以下两种数据形式：

①就变电所来说，若2个保护装置，距离比较短并且不为同一装置，可以用硬芯双绞线直接相连，这种方式连接不仅使在故障出现时的数据传输速率提高，而且为电力系统运行节约了成本。

②当相邻且距离比较远的2台保护装置，这时就不能采用硬芯双绞线直接相连，此时数据的传输可以用以太网实现，通信信号的关联建立以以太网为载体，使数据通过以太网在两个不同保护装置之间实时的传递。进而能促进电力系统的保护作用。

(3)组成系统的构成部分

就电力系统来说，构成的防越级跳闸系统的部分非常复杂，包括地面监控部分、失压延时摸块、变电所监控分站、短路闭锁控制器、智能保护模块。不同的模块担任着不同的功能，各模块之间功能的配合，共同保护电力系统的正常运行。

①地面监控部分。由于煤矿井下繁杂的环境，就需要监控电力系统的运行状况，该部分要对是否能够正常运行的电力系统进行24h全线监控。

②失压延时模块。在电力系统有降低电压出现时，为了预防系统故障延续导致跳闸，故供电方式是使用欠压线圈。

③通信监控分站。对煤矿井下电力系统每个部件能不能运行正常进行监控，并保存监控数据，实时发送给主站。

④短路闭锁控制器。若有短路现象发生在电力系统中时，为了防止越级跳闸，就需要把设备的上级开关闭锁。

⑤智能化保护模块。该模块依据电力系统中数据实时调整控制参数，从而实现智能化的保护方式。

3.系统工作的依据

线路发生故障后，对电力系统起到保护作用的所有装置的防越级跳闸系统，能避免上一级电流流到下一级，使电力系统上一级不能做出跳闸动作，从而保证了电力系统的稳定性。短路电流流过故障开关，故障开关会将线路快速切断，对其余线路进行保护，进而使电流增大的时间减少。在修理恢复好短路故障时，就恢复了电路中的电流正常流通，让上一级开关运行后，在正常的规定延时时间内，上一级开关保护可靠返回，增强了电力系统工作的持久性，性能更好，通常延时时间范围为30-100ms，由于上级开关保护可靠返回，是要使用在保护以后的电路。所以，故障的切除、后备电路是以上方法的优点，使电力系统能快速恢复正常运行。

为了某一供电回路分析和选择，图1即为煤矿井下防越级跳闸结构图。

图1 煤矿井下防越级跳闸结构图

其他变电所和中央变电所存在于防越级跳闸系统中。以下就是其工作的原理：若有短路故障发生在井下变电所，且d1即为发生故障的位置，1#、5#、8#、7#开关不会影响电流的流通。短路电流的信息被8#开关保护装置所接收，经传达被短路闭锁控制器接收，7#总开关信号接收短路闭锁控制器发送的信息，为了线路的保护，要将速断保护闭锁。根据以上原理，5#开关接收7#开关传递的信息，然后快速熔断5#开关。

若有故障出现在电路中时，为了防止造成重大的损失和故障的延伸，应在电流信息被防跳闸系统中的开关所接收时，就把保护装置运行起来，保护电力系统，把故障电路堵截。当发生故障时，如果出现8#开关失灵时，在规定的时间内故障就会被7开关清除，确保可以正常使用开关。在发生短路时，不同的设备的放电效果在特定的条件下发生，协同保护电力系统能够正常的工作，并且电力为井下作业提供了保障，加强了生产的安全性。

4.防越级跳闸在实际应用中的案例

对电力系统中使用的ZBT-11C防越级跳闸保护器的保护效力怎么样需要通过实验考证。对实验ZBT-11C防越级跳闸保护器在电力系统中的保护的结果进行考证。是否有故障存在于实验中这个未得到证实，测出的信息如下表1所示。

表1 各级保护动作情况记录表待核实

如发现故障存在于电力系统后，由于变电区的不同而表现的也不相同。在东采区，3#变电所3#水泵和3#变电所02#的高开电流就不一样，前者的高开电流达到400A需要很短的时间，后者的高开电流为800A,比前者的更大，而中央变电流最大的是10#高开02#线，其电流为1800A，并比保护电流的最小电流都小。

位于02#高开10#和2#高开、428开关的煤矿东采区3#变电所而言，仍然保持工作的稳定性，没有跳闸故障的发生在检测的结果中表现出来。这就表明电力系统在使用防越级跳闸后能够很好的阻止跳闸故障的发生。实现短路保护就只有出现在采区3#变电所10#高开，电力系统没有出现跳闸，其结果证实了设计的电力保护系统。

5.结束语

本文主要分析的是煤矿井下电力系统，防跳闸系统依据的组成原理也在本文中重点介绍，并把系统期待保护电力系统设计出来，并实验了防越级跳闸系统，通过实验表明，为了跳闸次数的减少和减少停电的面积应使用设计的期待保护电力系统，使安全的使用电和煤矿安全的生产得到保障。