煤礦井下供電系統(tǒng)預(yù)防越級(jí)跳閘分析

摘要：礦井供電系統(tǒng)是煤礦安全的重要保障，本文從礦井供電系統(tǒng)預(yù)防越級(jí)跳閘的原理入手，對(duì)下峪口煤礦預(yù)防越級(jí)跳閘實(shí)施過(guò)程，通過(guò)具體案例分析，提出存在的問(wèn)題，并給出解決問(wèn)題的辦法，提升煤礦安供電的安全性。

關(guān)鍵詞：煤礦供電系統(tǒng);預(yù)防越級(jí)跳閘

引言

煤礦井下供電越級(jí)跳閘是煤礦井下供電系統(tǒng)的常見(jiàn)事故。越級(jí)跳閘不僅會(huì)造成井下大面積停電，還會(huì)影響正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)造成井下各掘進(jìn)工作面風(fēng)機(jī)停運(yùn)，引起瓦斯積聚。如果越級(jí)跳閘引起井下中央變電所進(jìn)線柜斷路器跳閘，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)造成生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓，甚至威脅礦井及人身安全，造成安全事故。為了更有效的應(yīng)對(duì)類(lèi)似安全事故，下峪口煤礦于2014年對(duì)井下供電的7個(gè)變電所、84臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)的保護(hù)器進(jìn)行整合（電光、濟(jì)源、武進(jìn)），改造電力監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。集中遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制改造，是對(duì)現(xiàn)有投運(yùn)的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備保護(hù)器改造，通過(guò)電腦控制，使其具備電腦一鍵停送。在供電故障狀態(tài)下發(fā)出相關(guān)層級(jí)的阻斷信號(hào)，降低供電大面積跳閘，以防越級(jí)跳閘。進(jìn)一步降低供電中斷，預(yù)防事故擴(kuò)大蔓延。

1預(yù)防越級(jí)跳閘

所謂預(yù)防越級(jí)跳閘是利用6KV高壓開(kāi)關(guān)之間短路閉鎖信號(hào)閉鎖上級(jí)開(kāi)關(guān)電流速斷功能，讓下級(jí)開(kāi)關(guān)速斷跳閘來(lái)解決井下高壓供電系統(tǒng)短路越級(jí)跳閘問(wèn)題。由于井下生產(chǎn)環(huán)境變化，設(shè)備及電力監(jiān)控配合存在著內(nèi)在和外在問(wèn)題，現(xiàn)就供電系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的供電越級(jí)跳閘事件，保護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有起到相應(yīng)的作用進(jìn)行分析和改進(jìn)。

1.1預(yù)防越級(jí)跳閘閉鎖控制器特點(diǎn)

為了預(yù)防越級(jí)跳閘事故，設(shè)計(jì)中使用預(yù)防越級(jí)跳閘閉鎖控制器進(jìn)行處理，其特點(diǎn)如下所示：

⑴ 采用邏輯電路直接控制，省略了計(jì)算機(jī)比較、通訊時(shí)間，避免通訊錯(cuò)誤引起的故障，反應(yīng)速度快，可靠性高;

⑵ 閉鎖信號(hào)級(jí)聯(lián)上傳，每級(jí)開(kāi)關(guān)只閉鎖它的一臺(tái)上級(jí)開(kāi)關(guān)，線路簡(jiǎn)單、負(fù)荷小，一臺(tái)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，不影響其它開(kāi)關(guān)的正常閉鎖和解鎖;

⑶ 具有后備保護(hù)功能，一級(jí)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，其上級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘保護(hù)，確保短路線路被及時(shí)切除;

⑷ 開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)檢測(cè)線路的電流值，根據(jù)有無(wú)短路電流出現(xiàn)情況自動(dòng)閉鎖和解鎖，無(wú)需進(jìn)行整定和調(diào)試;

只要依據(jù)預(yù)防越級(jí)跳閘閉鎖控制器特點(diǎn)，充分合理運(yùn)用預(yù)防越級(jí)跳閘閉鎖控制器，就能降低越級(jí)跳閘事故。

1.2預(yù)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)組成

圖1是典型煤礦供電系統(tǒng)防止短路越級(jí)跳閘閉鎖示意圖?？刂破魍ㄟ^(guò)安全隔離器與高爆開(kāi)關(guān)內(nèi)的DSB-600B型保護(hù)器配合使用，井下變電所每一段供電母線對(duì)應(yīng)安裝一臺(tái)（16臺(tái)開(kāi)關(guān)以下）或多臺(tái)（每16臺(tái)開(kāi)關(guān)一個(gè)）防止越級(jí)跳閘閉鎖控制器，組成一個(gè)防越級(jí)跳閘閉鎖系統(tǒng)。其中DSB-600B的特點(diǎn)如下：

⑴ DSB-600B 型保護(hù)器配有專(zhuān)門(mén)的防止短路引起越級(jí)跳閘設(shè)計(jì)和電路。保護(hù)器速斷功能不設(shè)置延時(shí)，通過(guò)下級(jí)開(kāi)關(guān)短路監(jiān)測(cè)閉鎖信號(hào)對(duì)上級(jí)開(kāi)關(guān)速斷功能閉鎖和上級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)對(duì)下級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)速斷后備保護(hù)的配合來(lái)保證保護(hù)的選擇性，既徹底避免發(fā)生短路越級(jí)跳閘，又使各級(jí)開(kāi)關(guān)下直接連接線路短路時(shí)可以速斷跳閘，不因速斷保護(hù)延時(shí)使跳閘速度變慢，而且上級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)作為下級(jí)開(kāi)關(guān)的后備保護(hù)，即使下級(jí)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)也不會(huì)失去速斷保護(hù)。

用戶(hù)可在“投退選擇”菜單的“功能選擇”子菜單中選擇“越級(jí)跳閘投退”。對(duì)某一開(kāi)關(guān)，當(dāng)用戶(hù)選擇“越級(jí)跳閘投入”時(shí)，若開(kāi)關(guān)下接供電系統(tǒng)的電流值達(dá)到速斷條件，保護(hù)器輸出閉鎖控制信號(hào)，動(dòng)作時(shí)間為12ms（典型值），同時(shí)將記錄保護(hù)動(dòng)作事件“速斷加速”，同時(shí)本級(jí)開(kāi)關(guān)起動(dòng)速斷跳閘;當(dāng)速斷條件消失時(shí)，閉鎖控制信號(hào)消失，同時(shí)記錄保護(hù)動(dòng)作事件“速斷加速返回”。保護(hù)器輸出的閉鎖控制信號(hào)用于閉鎖上級(jí)開(kāi)關(guān)的速斷保護(hù)功能。

DSB-600B 型保護(hù)器收到下級(jí)開(kāi)關(guān)的閉鎖控制信號(hào)時(shí)，上報(bào)“下級(jí)閉鎖”，同時(shí)閉鎖本級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置的速斷功能，以防止越級(jí)跳閘，造成大面積停電事故;同時(shí)啟動(dòng)下級(jí)保護(hù)速斷后備功能。當(dāng)閉鎖控制信號(hào)消失后，保護(hù)裝置將上報(bào)“下級(jí)閉鎖返回”，同時(shí)開(kāi)放本級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置的速斷保護(hù)功能，撤銷(xiāo)下級(jí)保護(hù)速斷后備功能，自動(dòng)完成本輪越級(jí)跳閘閉鎖功能，等待下次故障產(chǎn)生。

⑵ 在井下各個(gè)變電所每段母線上安裝一臺(tái)防止越級(jí)跳閘閉鎖控制器，各個(gè)分開(kāi)關(guān)的短路閉鎖信號(hào)分別送入相對(duì)應(yīng)的閉鎖控制器，閉鎖控制器的輸出信號(hào)輸入本段母線相應(yīng)總開(kāi)的DSB-600B 型保護(hù)器。總開(kāi)下接母線短路閉鎖控制器閉鎖信號(hào)和保護(hù)器自身的定時(shí)限過(guò)流信號(hào)邏輯與，共同閉鎖總開(kāi)的跳閘線圈。當(dāng)任一分開(kāi)關(guān)下電纜短路時(shí)，其保護(hù)器輸出短路閉鎖信號(hào)，通過(guò)閉鎖控制器在閉鎖控制時(shí)間到時(shí)前閉鎖總開(kāi)跳閘線圈，使之不能跳閘。若短路的分開(kāi)因故障不能跳閘，總開(kāi)在閉鎖控制時(shí)間到時(shí)后跳閘，作為分開(kāi)的后備保護(hù)。

⑶ 每個(gè)變電所每個(gè)回路總開(kāi)的保護(hù)器閉鎖信號(hào)輸入上一級(jí)開(kāi)關(guān)的智能保護(hù)器，閉鎖上一級(jí)開(kāi)關(guān)的跳閘線圈。

⑷ 在井上變電站向井下供電的每臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜對(duì)應(yīng)安裝一臺(tái)防止短路越級(jí)閉鎖控制器，通過(guò)繼電器閉鎖相應(yīng)高壓開(kāi)關(guān)柜的跳閘線圈電源線。當(dāng)相應(yīng)變電所總開(kāi)下接線路短路時(shí)，相應(yīng)總開(kāi)輸出閉鎖信號(hào)，通過(guò)閉鎖控制器切斷高壓開(kāi)關(guān)柜跳閘線圈的電源，使之不能跳閘。閉鎖控制器自身設(shè)有定時(shí)限延時(shí)跳閘保護(hù);當(dāng)線路短路時(shí)，若變電所相應(yīng)總開(kāi)及其下分開(kāi)都有故障，不能切斷短路回路，閉鎖控制器自身的定時(shí)限延時(shí)到時(shí)后接通相應(yīng)高壓開(kāi)關(guān)柜跳閘線圈的電源，開(kāi)關(guān)跳閘，作為下面線路的后備保護(hù)。

通過(guò)合理的使用DSB-600B型保護(hù)器與系統(tǒng)的連接，就能較好的克服預(yù)防跳閘問(wèn)題。其原理如下：在井下變電所內(nèi)，同一條母線上連接的所有分開(kāi)關(guān)智能保護(hù)器輸出短路閉鎖信號(hào)到防止短路越級(jí)跳閘閉鎖控制器中，經(jīng)短路閉鎖控制器處理，輸出一個(gè)閉鎖信號(hào)，閉鎖該母線的總開(kāi)關(guān)，確保同一條母線上任何一個(gè)分開(kāi)關(guān)，下接電路短路時(shí)總開(kāi)關(guān)都得到閉鎖。井下每個(gè)變電所只需要向上一級(jí)變電所傳送本變電所總開(kāi)關(guān)的短路閉鎖信號(hào)即可，對(duì)于兩回路供電線路只需要一根四芯礦用光纜就可以完成變電所之間防止短路越級(jí)跳閘級(jí)聯(lián)信號(hào)傳輸。

2 下峪口煤礦越級(jí)跳閘分析與實(shí)施

2.1 下峪口煤礦井供電現(xiàn)狀

如圖2所示是下峪口煤礦井供電示意圖。供電流程是立井35KV變電站分別向井下中央變電所、300北翼變電所、風(fēng)機(jī)回路供電。2-3采區(qū)變電所由上述兩個(gè)變電所供電。2-1采區(qū)1#通過(guò)300北翼變電所供電，風(fēng)機(jī)回路通風(fēng)供電。300南翼變電所由300北翼變電所供，電風(fēng)機(jī)回路通風(fēng)供電。2-1采區(qū)2#通過(guò)2-1采區(qū)1#并聯(lián)供電。

2.2 下峪口煤礦礦井供電存在的問(wèn)題分析

雖然安裝了防越級(jí)跳閘系統(tǒng)但并沒(méi)有起到作用，造成越級(jí)跳閘的原因總體來(lái)講可能是，一系統(tǒng)所要求的閉鎖條件有沒(méi)有達(dá)到，二是系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)定值設(shè)置是不是合理，有沒(méi)達(dá)到閉鎖條件。根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)排查等發(fā)現(xiàn)：

井下變電所有些高壓開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉鎖信號(hào)斷開(kāi)，不能閉鎖其上一級(jí)開(kāi)關(guān)：閉鎖信號(hào)中斷的原因有的是光電轉(zhuǎn)換模塊損壞;有的是傳輸線路中斷;更多的保護(hù)器問(wèn)題。

井下中央變電所與地面開(kāi)關(guān)柜傳輸閉鎖信號(hào)的光纜斷開(kāi)，閉鎖信號(hào)中斷，再加上入井柜子速斷沒(méi)有延時(shí)，導(dǎo)致在出現(xiàn)短路電流時(shí)越級(jí)跳閘。2-2變電所進(jìn)線從延伸中變改到+300北翼變電所后，相應(yīng)的防越級(jí)閉鎖信號(hào)沒(méi)有改過(guò)去。2-1采區(qū)兩個(gè)變電所由于環(huán)境比較差，經(jīng)歷底鼓變形及相應(yīng)的拉底后，部分信號(hào)電纜拉脫，沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行處理。井下高壓開(kāi)關(guān)的定值設(shè)置不是很合理。部分閉鎖控制器信號(hào)板出現(xiàn)問(wèn)題。

2.3 下峪口煤礦礦井供電解決辦法實(shí)施

經(jīng)過(guò)上述分析和實(shí)際排查提供如下解決辦法：

⑴ 逐個(gè)變電所排查解決發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：更換老舊保護(hù)器及損壞的相應(yīng)配件;恢復(fù)中斷的閉鎖信號(hào);對(duì)高開(kāi)進(jìn)行檢修維護(hù)，及時(shí)處理發(fā)現(xiàn)問(wèn)題;

⑵ 敷設(shè)2-2變電所至+300北翼變電所的閉鎖信號(hào)光纜;

⑶ 恢復(fù)延伸中變到地面35KV變電所的閉鎖信號(hào)光纜;

⑷ 完善保護(hù)整定，優(yōu)化煤礦地面與井下的配合方案，在滿足保護(hù)可靠系數(shù)的條件下，地面可適當(dāng)放大速斷保護(hù)定值，在滿足設(shè)備運(yùn)行的前提下，井下盡量縮小速斷保護(hù)定值，并且保證保護(hù)配合不存在死區(qū)，逐級(jí)的保護(hù)整定按實(shí)際情況進(jìn)行降級(jí)整定，正確的整定是預(yù)防越級(jí)跳閘的另一個(gè)有效手段。

3 結(jié)語(yǔ)

煤礦安全供電無(wú)小事，特別是供電系統(tǒng)，它直接關(guān)系到井下安全。不論是動(dòng)力采煤、還是安全通風(fēng)，關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)安全，礦井供電系統(tǒng)是煤礦安全的重要保障，做好預(yù)防越級(jí)跳閘及實(shí)施過(guò)程維護(hù)、問(wèn)題處理等，確保礦井安全供電。

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作者簡(jiǎn)介：高海瑞，男，生于1986年，畢業(yè)于山東勝利職業(yè)學(xué)院數(shù)控技術(shù)專(zhuān)業(yè)，大專(zhuān)學(xué)歷，現(xiàn)任韓城礦業(yè)有限公司生產(chǎn)服務(wù)中心安全質(zhì)量部副部長(zhǎng)。