煤矿井下供电系统越级跳闸研究.pdf

2 0 1 6年第 9期 童 穗茬 斜技 l 2 7 煤矿井下供 电系统越级跳闸研究 刘开元 同煤集团云 冈矿 电气队 ， 山西大同0 3 7 0 1 7 摘要 煤矿供电系统越级跳闸中由于电压波动、电气干扰、保护和开关性能差等原因造成的突发越级跳闸的比例远 高 于短路过流造成的越级跳 闸。越级跳 闸会引起 井下大面积停 电，通风 系统 、生产 系统会停止运行 ，造成重大的生产安全 问 题 。笔者立足于多年的工作实践 ，对 当前煤矿 井下供 电 系统越级跳 闸产生的原 因进行 了全面的分析 ，并提 出了有针对性的 预 防措施 。 关键词 煤矿矿 下供 电系统越级跳 闸预防措施 中图分类号T D6 1 1 ． 5 文献标识码A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 l 6 ． 0 9 ．0 5 6 S t u d y o n t h e Un d e r g r o u n d p o we r s u p p l y s y s t e m o f o v e r r i d e t r i p Li u Ka i y u a n D a t o n g c o a l g r o u p Y u n g a n g Mi n e e l e c t r i c a l t e a m， S h a n x i Da t o n g 0 3 7 0 1 7 Ab s t r a c t Th e p r o p o r t i o n o f t h e c o a l mi n e p o we r s u p p l y s y s t e m o v e i d e t r i p c a u s e d b y v o l t a g e fl u c t u i o n ， e l e c t r i c a l i n t e r f e r e n c e ， p o o r p r o t e c t i o n a n d s wi t c h i n g p e r f o r ma n c e i s mu c h h i g h e r t h a n t h a t o f t h e s h o r t c i r c u i t o v e r c u r r e n t ． Ov e r r i d e t np wi l l c a u s e u n d e r g r o u n d b l a c k o u t ， t h e v e n t i l a t i o n s y s t e m， p r o d u c t i o n s y s t e m wi l l s t o p r u n n i n g ， a n d r e s u l t i n s i g n i fic a n t p r o d u c t i o n s a f e t y p r o b l e ms ． Ba s e d o n ma n y y e a r s o f p r a c t i c e ， t h e r e a s o n s o f o v e r r i d e t r i p i n c o a l mi n e p o we r s u p p l y s y s t e m we r e c o mp r e h e n s i v e l y a n a l y z e d ， s o me p r e v e n t i v e me a s u r e s a n d we r e p u t f o r wa r d ， F i n a l l y , t h e n e w t e c h n o l o g y t o s o l v e t h e t r i p p i n g are d i s c u s s e d ． Ke y wo r d s c o a l mi n e p o we r s u p p l y s y s t e m o v e r r i d e t r i p p r e v e n t i v e me a s u r e s 煤矿井下供电的特点是 采用多级供电形式 ；供 电电缆短，短路电流大，大部分重负荷集中在线路 末端， 末端大型设备驱动频繁， 驱动电流大 ， 时间长 ， 电压质量差，使过流保护整定级差小，越级跳闸时， 停电范围增大；随工作面的移动，供电变电站移动 及运行方式变动频繁等。越级跳闸导致的后果严重。 因此，必须加强管理 ，对越级跳闸的原因分析，并 提出全面的解决方案。 1 越级跳 闸的原因分析 1 ． 1 继 电保 护 方法原 因 矿井供电系统的保护一般采用的是电流三段式 的保护模式 ，供电管理的技术人员依据工作经验和 理论知识，用 3 到 5 倍高于供电线路最大负荷的工 作电流，来整定地面变电所到井下线路的保护整定 收稿 日期 2 0 1 6 0 5 1 7 作者简 介刘开元 1 9 8 7 一 ，男，山西繁峙人 ， 工程 师 ， 大学文 化，毕业江苏省中国矿业大学电气工程自动化专业，同煤集团云 冈矿 电气队技术副科长。 值 ，随井下的供电线路的延长，设定好的定值逐级 的降低，当整定值减小到一定程度后 ，就会出现井 下供电线路短路情况时，沿线的开关就会全部动作 的情况 ，此时就发生了越级跳闸现象。 1 ． 2 保护控制装置性能原 因 由于电磁式 的电流互感器铁心磁特性 的非线 性 ，在 铁心磁特性 的线性段 ，一次电流与二 次 电流 近似为线性关系，当进入铁心非线性段 ，由于铁心 饱和，励磁电流巨增 ，造成二次电流有很大的误差。 实际测试时发现，由于电流互感器容量小 ，超过 1 0 ％误差曲线范围，一次电流达到整定值 ，反映到 二次达不到整定值，造成保护拒动和误动。 1 ． 3 开关控 制 电源原 因 煤矿井下防爆开关均没有配套的专用电源和后 备电源，开关的控制和保护装置的电源接 自于开关 主电路的电源侧，当开关主电路发生短路、失压、 电压波动、谐波、尖波 、电涌、三相不平衡等故障 需要监测、控制和保护时，控制和保护装置的电源 1 2 8 童 娃系 斜枝 2 0 16 年 第 9 期 本身也处于故障状态 ，控制和保护装置电源的供电 不能保障其正常工作 ，易导致保护装置误动或拒动， 造成越级跳闸。 1 ． 4 失压保护方式原 因 在许多的煤矿企业设计供电线路时，都为高爆 电源开关配备欠压脱扣器，其欠压动作的数值在大 于额定电压值得 8 5 ％时可靠吸合 ，大于额定电压值 得 6 5 ％时属于保持吸合 ，如果小于额定 电压值的 3 5 ％的情况下就可靠释放动作 ，此时的动作延时是 不能整定的，仅为瞬动行为，由此可以得出如果线 路发生短路故障，导致电压数值降低到 3 5 ％～ 6 5 ％ 之间时，该电路上安置的欠压脱扣器就可能运行也 可能不运行 ，此时就极易发生越级跳闸故障。此外， 当馈线发生故障的位置距离母线非常近的情况下， 母线电压的失压情况就会相对 比较严重，也容易形 成越级跳闸状况。 1 ． 5 供 电保护设施不可靠 生产矿井用安全设施的厂家很多，质量更是有 所不同，有些矿井企业为了节约成本投人，在选用 配套安全设施上采用的可能是一些安全可靠性不强 的设备设施 ，比如矿井生产企业所采用的高爆开关 质量就参差不齐，保护性能上存在很大的差异，如 果发生了短路故障，就会导致上一级开关 比下一级 开关要早发生动作，这就形成了越级跳闸，除此之 外 ，矿井用高爆型开关的生产企业，在生产此类开 关时注重的是隔爆特性 ，再加上煤矿企业的生产现 场环境是相当恶劣的，遇到供电线路短路故障的时 候 ， 就会发生地面的开关早于井下的供电开关动作。 因此保护设施的配备是导致供电线路发生越级跳闸 的首要因素。 另外还有电压波动原因，电气干扰原因，开关 质量原因，漏电保护选择性差的原因等，需要全面 关注。 2 煤矿井下供 电系统越级跳闸的全面解决方案 2 ． 1 要定期维检保护设施的性能 对投入使用的各类保护设施要做好完善的维检 制度，安排专职人员，要定期的检查其性能是否良 好，并填制维检记录，对发生的问题及时登记并予 以解决，此外所使用的保护装置尽可能的统一 ，这 样便于管理和维护 ，平时会将故障切除的时间分为 综合保护装置 自身的动作时间与断路器的跳 闸时 间，这些时间均可以通过有关测试仪器进行科学性 测试，总之要从理论与运行中保障好保护设施的完 好 ，从而更好地服务于矿井供电。 2 ． 2 制定科学合理的保护定值 做好对于矿井普遍使用的电流三段式保护额定 值的定位，可以根据供电线路中短路的容量 ，结合 配电所、线路以及设备的具体参数值进行计算 ，然 后就可以参照短路 的电流值最后确定保护值 的整 定。这要以实际的工作现场为基准，利用科学合理 的运算手段 ，保护值的合理拟定，是供电系统的保 障。 2 ． 3 优化线路保护装置 在出现供电线路两端的短路电流差额较小时， 就很难对电流的保护整定区域进行划分 ，此时就可 以配备其他的行而有效的保护手段，如今的矿井供 电系统越级跳闸方面的研究越来越多 ，保护手段也 更加的高效 ，所以可以利用数字化原理 ，实现对矿 井供电系统的改造， 满足整个供电网络的数据共享， 并加配光纤纵差保护或是上下级的保护闭锁，这都 是如今可行的有效手段，也是日后的发展方向。 2 ． 4 合 理设 置 欠压延 时 在矿井供电系统中，发生欠压状况的主要原因 是在发生线路的短路故障情形下 ，线路都会有一个 电压降低的阶段，此时的欠压脱扣器瞬动是不能完 全避开所发生的欠压降低阶段的，对于这个情况 ， 可以并联一套阻容元件， 铺设在欠压线路的回路上 ， 这样就可以促使欠压线圈的延时脱扣 ，由此可以避 过电压降低的阶段 ；对于重要的负荷变频器欠压行 为，也可以串联 D V R动态电压恢复器 ，可以有效 得补偿降低的电压。 3 新技术的应用方案 目前常用越级跳闸解决方案新技术有电气闭 锁方式 、分站集中控制方式、基于全网数据共享的 数字化变电站方式。该方式要求所有保护器具备光 纤数字通讯接 口，通过光纤将井下高压保护器、地 面变电站保护器的电气信息传输至数字变电站的合 并单元，合并单元根据采集的各条线路信息识别故 障点并控制跳闸。光纤纵联电流差动方案 ，借助光 纤通道传送输电线路两端的信息，以基尔霍夫电流 定律为依据 ，能简单、可靠地判断出某段线路是区 内还是区外故障，从而决定是否动作切除本线路。 区域智能联锁型保护 ，基于 C A N通讯技术 的防越 级跳闸保护方案，在本级线路故障时速断保护瞬时 启动。并线上及保护器发出动作闭锁信号、同时上 级躲过下级开关固有动作时间，如下级拒动该级开 下转第 1 3 0页 1 3 0 东 娃茬 2 0 1 6 年 第 9 期 2 _ 3 安 全 隐患 当前 的矿山机电设备 中存在着年久失修的情 况，导致一些故障高频率的出现 ，而一些新近的设 备因为没有对应的安全保证而存在隐患。除此之外， 很多容易磨损的工具没有做好预先的检修 ，在测算 中会有很大的误差 ，留下了安全隐患。较为严重的 是通风机等设备没有安装配套安全设施 ，在出现故 障之后不能及时的更换新的设施，对于安全生产造 成严重的威胁。 2 ． 4 管理机构 中的漏洞 在矿山机电部门的管理机构中，职责范围的划 分和管理制度制定都有有待完善的地方。机构的设 立通常较为单一，涉及到维修的预设工作和责任人 没有妥善的进行管理 ，而设定的维修周期不科学 ， 与实际现状有矛盾之处。对于职责范围的确定也有 重叠，一个人可能会涉及到多项工作，这样直接导 致职员工作精力的丧失，解决问题的效率降低。 3 完善矿山机 电设施管理 3 ． 1 制 定 维护 制度 对矿山机电设备进行维护时要保证遵守安全维 护管理制度，这样可以使管理流程更加的细致化和 规范化 ，进而大幅度的提升机电设备的工作效率。 1 创建安全维护管理责任制 ，保证可以责任到人， 每个人的工作质量和奖金 、福利等相结合 ，这样可 以对工作人员进行激励和限制，让工作人员从本质 上认识到机电设备维护管理工作的重要性； 2 领导带头，做到各科室的管理工作分工明确，实行 对应的奖惩措施来对一些优秀和不合格部f - J n 以奖 励或是惩罚，这对提升管理部门人员责任意识有很 大的帮助 ； 3有检测管理制度，挑选一些专业 技术人员对设备的使用和维护做监管工作，如设备 运行之前的检测和部件检修等，一些重要容易损耗 的位置更要着重的检测 ，对查找到的问题第一时间 内解决掉 ，防止机电设备在作业时出现故障。若是 机电设备运行中进行检修而发现问题 ，必要时可以 停止工作来进行维修，防止大的安全事故产生。 3 ． 2 提升整体素质 对在岗工作人员 自身的能力要进行培训，这样 可以扎实的提高实际操作能力 ，并且每个工作人员 必须深入 的了解和掌握机 电设备维修和保养 的方 式 ，掌握其原理和工作性能。而关于管理岗位上的 工作人员，则在专业技能上要有所优势，并且 自身 的管理能力也要经过较为系统的培养，必须保证每 个管理工作人员拥有精湛的业务能力和扎实的理论 基础，保证可以对基层工作人员工作的质量进行正 确的监管。优秀的管理能力主要是体现在可以激发 团队的潜力，并且能够带动基层工作人员的积极性。 而基层的工作人员则要在技术能力上和交流能力上 进行加强 ，扎实的工作能力可以有效的帮助 自身完 美地完成工作，而与他人交流能力的强弱直接影响 到与其他工作者合作效率。对所有工作人员要进行 彻底的安全教育工作 ，将安全要素植入人心，为预 防工作打好基础 ，增强员工的责任心与责任意识 ， 这样才能将安全隐患消除，达到安全作业的效果。 【 参考文献 】 [ 1 ] 陈复兴 ． 闲谈矿山机电设备运行维护管理 [ J ] ． 中 国高新技术企业，2 0 1 5 1 2． [ 2] 杜淑攀 ． 浅谈如何加强矿山机电设备的安全管理 [ J ] ． 能源研 究 ，2 0 1 4 0 3 ． 上接 第 1 2 8页 关跳闸，构成通信网络的双保险。当通信网络发生 故障时，自动切换到传统的常规三段式过流保护。 4 结语 越级跳闸是影响煤矿安全供电重要因素，越级 跳闸主要是技术方面的原因，同时也有人为的因素。 应该一切从实际出发 ，结合生产现场 以及所投入的 设备设施需要，科学 、合理的设计矿井供电网络， 并配备安全可靠的保护设施，制定行之有效的规章 制度，提高矿井供电系统的装备水平和管理水平， 采取针对性的技术措施，矿井供电系统越级跳闸现 象是能够得到解决的。 【 参考文献 】 [ 1 ] 卢喜山， 张祖涛 ， 李卫涛 ． 煤矿供电系统基于纵联 差动保 护原理 的防越级跳 闸技 术研 究 [ J ] ． 煤矿机 械 ， 2 0 1 1 , 3 2 0 4 7 1 - 7 3 ． [ 2] 尹成迅 ， 潘献全 ． 煤矿供电系统越级跳 闸研究 [ J 】 ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 l ， 3 9 0 6 6 6 ． 6 9 ． [ 3] 毛卫清 ． 煤矿供电系统防越级跳 闸技术应用探讨 [ J ] ． 煤炭 工程 ， 2 0 1 3 ，4 5 0 6 1 5 1 7 ． [ 4] 董小秋 ， 张伟 ． 基于闭锁控制的煤矿供电系统防 越级跳闸新方案 [ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 1 2 ， 1 1 1 4 ． 1 6 ． [ 5] 杨照飞 ． 防越级跳 闸在煤矿供 电系统的应用分析 [ J ] ． 能源与节能 ， 2 0 1 5 ， 0 5 6 l - 6 2 ．