摘要：我国煤矿井下在供输电过程中经常出现欠压、漏电、过流、短路以及越级跳闸等故障现象，这些故障问题一直是困扰着我国煤矿行业正常发展的难题，严重影响井下供电的可靠性与安全性。其中，越级跳闸故障现象的普遍发生，更是对煤矿井下安全供电造成非常严重的威胁。结合煤矿供电系统的结构与特点，对煤矿供电系统出现越级跳闸现象的原因进行总结和分析，并依据煤矿独特的供电结构与越级跳闸的原因，对现有的越级跳闸常用保护控制技术进行分析研究，为煤矿供电系统选择合理的越级跳闸保护技术提供一定的参考。
关键词煤矿井下；供电系统；短路；防越级跳闸
引言
由于煤矿井下作业环境的错综复杂，井下巷道及各种采煤用电设备的使用繁多，导致井下供电系统比较复杂，一旦发生越级跳闸事故，就会造成井下较大区域范围内的设施全部失去供电，不仅会影响井下采煤作业的进行，还会导致井下人员被困，同时排水、排风的设施停止运行，甚至会造成采煤作业区域水、瓦斯等不能有效排放，极有可能会引发煤矿井下恶性事故，给煤矿井下作业带来严重的隐患，甚至带来极其恶劣的后果。因此，防范越级跳闸事故的发生，对煤矿供电系统防越级跳闸的保护控制技术进行研究非常必要。
１煤矿供电系统概述
为了对煤矿供电系统防越级跳闸技术进行研究，以防止和减少越级跳闸故障的发生，首先要对煤矿井下供电的特点进行细致的研究和了解。我国典型配置的煤矿井下供电系统主要由井上变电所、井下中央变电所、采区变电所、移动配电点和电网等几大部分组成。其中，井下中央变电所是井下各个采区工作面、各终端负荷、终端设备等的电源供给；采区变电所主要是将井下中央变电所传输过来的高压电转换成为采区工作面各使用设备匹配等级的低压电。这种短电缆的电网供电特点，与地面上电力系统的架空线路动则几十千米的铺设长度相比而言形成明显区别。而且在发生短路时，这种短线缆连接的两端电流几乎很少衰减，两端电流相差不大，很难区别开来。因此，在电力系统中最为常用的短路保护与阶段式电流保护互相配合，通过各级开关再按整定电流级差的方式来进行选择的电路保护方式，难以满足这种由多级短电缆组成的干线式电网结构煤矿井下供电系统要求，就会造成当下一级线路有短路现象发生时，上级保护开关自动启动的越级跳闸的故障发生。
2煤矿供电系统越级跳闸原因分析
造成煤矿供电系统发生越级跳闸的因素有很多种，主要有以下几种：①保护控制装置出现问题。用于本段线路短路等故障保护的控制装置出现问题，当发生下级线路短路时，保护装置没起作用，导致上一级线路保护装置启动对线路进行故障防护报警。②电压问题。由于煤矿各种供输电线路复杂，各种终端用电设备较多，极容易发生电压不稳定的现象，造成线路的保护装置跳闸发生越级跳闸现象。③防爆开关出现问题。主线路上的防爆开关出现故障，引起辅助控制电路的保护装置开关自动启动引起越级跳闸现象的发生。
3煤矿供电系统越级跳闸保护控制技术
3.1分站集中控制防越级跳闸技术
分站集中控制防越级跳闸技术原理如图１所示。当该段供电线路发生短路现象，保护控制回路就会对线路中的异常信息进行采集，并将故障信息传输到分站装置中进行分析判断，针对故障状态判断给出相应的信号指令，控制该段线路的保护控制开关发生动作，防止越级跳闸的发生。
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图１分站集中控制技术
当采用分站集中控制这种方式时，也有一定的局限性，不能在全部的煤矿供电系统中推广应用，首先应用该种保护控制技术得确保该供电分段具备与相应防越级跳闸装置相匹配的分站装置，要求分站与防越级跳闸保护装置具有较好的通信匹配性能，若无法保证良好的通信信号，就会造成信息传输的迟滞，无法保证越级跳闸防护的有效性。
3.2基于通信级联闭锁的保护技术
基于通信级联闭锁的防越级跳闸技术主要是利用通信线路将各级供电线路区段具有纵联关系的短路保护装置连接起来，设置一定时间极差实现对各级保护装置的控制，可以有效防止越级跳闸的发生，如图2所示。这种基于通信级联闭锁的越级跳闸保护技术虽然可以有效防止越级跳闸现象的发生，但该技术实施起来较为烦琐，控制的保护开关数量不宜太多，且需要较好的通信信号，否则还是会导致越级跳闸现象的发生。
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图2采用时间级差解决越级跳闸时间配合关系问题
3.3电气闭锁式防越级技术
每一级供电区段的保护装置设置一定的延迟启动时间，且要保证上一级比下一级延时启动。当某一供电区段发生短路故障时，检测到故障电流区段的短路保护装置会向上一级保护装置发出信号指令，使上一级供电区段保护装置实现闭锁，这样就避免了越级跳闸的发生。由于井下各级线路区段一般都会有很多级保护装置，同时各级供电区段之间距离较远，当该种保护装置出现故障时，就会很难判定和检修到相应的故障点，而且保护级数越多，对于第一级的保护装置来说，相应的延时就会很大，发生故障时的保护响应速度会很慢，导致这种电气闭锁式防越级跳闸技术难以发挥较好的作用。
3.4纵联差动保护技术
纵联差动保护技术是通过电缆或光纤将一段线路两端纵向一对一两个保护装置连接起来，当发生短路故障时，通过比较两端电流或功率的矢量差，来判断发生故障的部位，控制跳闸的指令。纵联差动保护技术实施起来较为容易，能实现各级线路保护，无须在时间上互相配合，但是由于煤矿供电系统线路较为复杂，通常一条进线对应着几条输出线路，很难保证保护装置为同步纵向一对一，对于新煤矿建设比较适用。
4结语
为了保证煤矿采煤作业的正常进行，避免煤矿井下出现大面积的停电现象，就必须采取合理的保护控制措施防止越级跳闸现象的发生。目前，煤矿供电系统基本上都是采用多级短线缆的电网结构，传统保护方式难以适应该种供电结构特点，导致越级跳闸现象频发。因此，对煤矿井下供电系统特征进行分析研究，并有针对性、有目的性地分析和总结发生越级跳闸现象的原因，进而选择合适的越级跳闸保护控制技术，提高煤矿井下供电的可靠性和安全性。
参考文献
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