★賈永峰（山西潞安集團潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司）

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煤礦井下供電越級跳閘事故的原因及應對措施

★賈永峰
（山西潞安集團潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司）

【摘要】本文結合工作實際，從煤礦井下供電系統(tǒng)越級跳閘事故的原因出發(fā)，并著重就越級跳閘事故的應對措施進行了研究與探索。

【關鍵詞】煤礦井下；越級跳閘；事故原因；應對措施

當井下供電系統(tǒng)中設備發(fā)生短路或其它故障時，因保護整定不當、保護拒動或斷路器拒動等問題，而導致的本級斷路器不跳閘，而上級斷路器跳閘的現(xiàn)象，即被稱為越級跳閘。當煤礦井下供電系統(tǒng)發(fā)生越級跳閘事故時，不僅將導致井下大面積停電，而且嚴重影響到煤礦的正常、安全生產(chǎn)，屬于一種重大電氣安全隱患。為此，必須采取有效的事故應對措施，以盡量避免越級跳閘事故的發(fā)生。

一、煤礦井下越級跳閘事故的發(fā)生原因

（一）整定值偏大

我國煤礦井下所采用電氣設備，其短路保護裝置多為瞬時短路保護裝置（繼電器），且井下同一等級供電系統(tǒng)的供電距離較小。由于繼電器均是根據(jù)避開尖峰工作電流的原則進行保護整定的，往往電流整定值偏大。因此無論哪一電壓等級供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，繼電器都可能出現(xiàn)誤動作，而引發(fā)越級跳閘事故。目前，繼電器保護整定值偏大，也是導致井下供電系統(tǒng)越級跳閘事故的最主要原因。

（二）整定值刻度與實際動作電流值不符

由于繼電器的動作為彈簧變質(zhì)的動作過程，其電流整定值刻度有可能與實際動作電流值有著較大的差距。如果在繼電器安裝時沒有進行校驗，在運行中又沒有按照規(guī)程進行定期檢查，這很可能導致繼電器實際動作電流超過短路電流值。當井下供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障以后，繼電器就會因拒動而引發(fā)越級跳閘事故。

（三）繼電器動作失效

如果繼電器在運行過程中，因缺乏定期的維護、檢查以及預防性試驗，且繼電器動作機構又長期沒有動作，這都可能導致其傳動部分失靈，而不會正常動作。尤其是煤礦井下因空氣潮濕原因，很容易引發(fā)繼電器出現(xiàn)機械故障問題，而導致越級跳閘事故。

二、煤礦井下供電系統(tǒng)越級跳閘事故的應對措施

（一）采用帶有延時動作的繼電器裝置

帶有延時動作的繼電器，是指當井下供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，繼電器裝置的保護動作不立即進行，而是經(jīng)過適當?shù)难訒r才開始動作，例如：GL型反時限過電流繼電器就是這種裝置的典型代表。

采用這種繼電器裝置，它的電磁式部分起到速斷作用，而感應式部分則能發(fā)揮出后備保護的作用，從而有效避免越級跳閘事故的發(fā)生。根據(jù)煤礦井下以及斷路器動作的具體情況，這種繼電器裝置延時時間通常設定為0.2~0.5s。

（二）采用選擇性限時保護方案

由于煤礦井下供電系統(tǒng)因技術性或經(jīng)濟性因素，其供電網(wǎng)絡多為100m~1500m的短電纜所構成的縱向電網(wǎng)。由于這類供電系統(tǒng)電網(wǎng)的供電距離較短，導致依靠整定值幅度進行鑒別的繼電器短路保護很難滿足選擇性保護的要求。為盡量避免越級跳閘事故的發(fā)生，井下供電系統(tǒng)應當采取選擇性限時保護方案。該方案主要包括了選擇性聯(lián)鎖速斷保護方案以及選擇性邏輯判斷速斷保護方案兩種。

（三）選擇性聯(lián)鎖速斷保護方案

選擇性聯(lián)鎖速斷保護方案的系統(tǒng)設計，如下圖1所示。在該方案中，斷路器均采用的是反時限過流保護以及短延時速斷保護。井下供電系統(tǒng)考慮到日常生產(chǎn)中危險因素較多，可將延時保護的時間設置為0.2s左右，地上供電系統(tǒng)則延時保護時間一般設置為0.5s。

圖1　選擇性聯(lián)鎖速斷保護方案示意圖

如上圖1所示，該保護方案的動作過程為：

①當K3點發(fā)生短路時，繼電器保護1、保護2和保護3啟動，其中動作機構DK3瞬時閉鎖DK2，DK2瞬時閉鎖DK1。在0.2s以后，如果3QF跳閘且解故障，則繼電器保護2與繼電器保護1返回，2QF與1QF不會出現(xiàn)誤動問題。如果3QF沒有跳閘動作，則DK3對DK2的閉鎖被解除，則DK2不會發(fā)出跳閘命令，2QF也不會出現(xiàn)誤動作。

②當K2點發(fā)生短路時，繼電器保護1、保護2啟動，其中動作機構DK2瞬時閉鎖DK1。在0.2s以后，如果2QF跳閘且解除故障，則繼電器保護1返回，1QF不會出現(xiàn)誤動問題。如果2QF沒有跳閘動作，則DK2對DK1的閉鎖被解除，則DK1不會發(fā)出跳閘命令，1QF也不會出現(xiàn)誤動作。

③當K1點發(fā)生短路時，在0.2s以后，1QF跳閘并解除故障。

在該保護方案中，繼電器的短延時速斷保護作為主保護方案，而反時限后備保護則作為備用保護。通過這種方案設計，能使繼電器得到合理整定，以有效避免整定值偏大，或者整定值刻度與實際動作電流值不符的問題發(fā)生。其中，圖中動作機構DK3、DK2、DK2均是沿著供電系統(tǒng)線路設置選擇性聯(lián)鎖控制線路，且各繼電保護1~3均具備延時跳閘保護功能。因此，當短路故障發(fā)生在下級線路中時，本級線路中繼電器剛開始延時，其聯(lián)鎖控制單元就將發(fā)生閉鎖，從而避免了繼電器的誤動作，而不會出現(xiàn)越級跳閘事故。

（2）采用選擇性邏輯判斷速斷保護方案

選擇性邏輯判斷速斷保護方案，如下圖2所示。在該方案中，斷路器均采用的是反時限過流保護以及短延時速斷保護，并設置有微機處理單元以繼電器的邏輯判斷功能。井下供電系統(tǒng)的延時保護的時間設置為0.2s左右，地上供電系統(tǒng)則延時保護時間一般設置為0.5s。

圖2　選擇性邏輯判斷速斷保護方案示意圖

如上圖2所示，該保護方案的動作過程為：

①當K3點發(fā)生短路時，繼電器保護1、保護2和保護3啟動，在0.1s以內(nèi)微機處理單元CS3 和CS2均發(fā)出高位信號到CS1。然后由微機處理單元CS1判斷K3是否真正出現(xiàn)短路故障，并向CS3發(fā)送跳閘指令，然后3QF開始跳閘動作

②當K2點發(fā)生短路時，繼電器保護1、保護2啟動，在0.1s以內(nèi)微機處理單元CS2發(fā)出高位信號到CS1。然后由微機處理單元CS1判斷K2是否真正出現(xiàn)短路故障，并向CS2發(fā)送跳閘指令，然后2QF開始跳閘動作

③當K1點發(fā)生短路時，CS3不發(fā)送跳閘指令，1QF跳閘并解除故障。

（3）選擇性限時保護方案中繼電器的合理整定

在以上兩種選擇性限時保護方案中，如采用常規(guī)的避開尖峰工作電流的方法進行整定，其保護范圍較小，并不適宜。因此，在該方案中可采用逆向整定的方法，即通過電力系統(tǒng)線路末端最小兩相短路電路，以及靈敏系數(shù)KL的比較來確定其繼電器的動作電流，具體方程式為：

在上式（1）中Idx和I分別是指各級繼電器的動作電流，以及線路末端最小兩相短路電路，單位均為kA；KL則為靈敏系數(shù)，一般取值為1.5。

三、結語

煤礦井下供電系統(tǒng)發(fā)生越級跳閘事故的發(fā)生，將對煤礦的正常、安全生產(chǎn)帶來嚴重的影響，必須采取有效的事故應對措施。本文從煤礦井下供電系統(tǒng)越級跳閘事故的原因出發(fā)，并提出了采用帶有延時動作的繼電器裝置，以及采用選擇性邏輯判斷速斷保護方案這兩種應對措施，以此希望能進一步控制和避免井下供電越級跳閘事故的發(fā)生。

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