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
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10%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85%时可靠吸合，大于额定电压值得65%时属于保持吸合，如果小于额定电压值的35%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35%~65%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入，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。
1.6响应时间
当发生短路或者过载时，断路器会触发跳闸保护，首先是检测到电流过大开始动作，然后是从开始动作到最后完全断开到没有电弧。前一个时间往往很迅速，为毫秒级；第二个过程是最为重要的，它的长短取决于断路器的选型。如果上级断路器的响应时间快于后级断路器响应时间，那么就很有可能出现越级跳闸。
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DVR动态电压恢复器，可以有效得补偿降低的电压。
2.5选择性能高的高爆开关以及优化电流保护的供电设计
在进行高爆开关的选择时，选择新型的性能高的高爆开关，比如永磁式操作机械类型的高爆开环，或者对原BGP型开关电流的保护动作时间进行更改，先前对短路的综合保护中有很多冗余的环节，因此要对其进行改变，让DL型电流续电器成为短路的主要保护部分，将从前通常作为综合保护的冗余环节变为后备保护部分，以此来提高动作的准确性和可靠性。此外，对于重要负荷尽量采用双回路或进行独立供电。例如风机一类，可采用独立供电的方式；对于一些关系到煤矿井下安全的重要负荷，可以采用双回路的供电方式进行供电设计。
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CAN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]曹品伟.煤矿井下供电系统防越级跳闸技术[J].煤矿机电,2019,40(06):102-103+106.
[2]贾若凡.煤矿井下高压供电系统防越级跳闸实验及应用[J].石化技术,2019,26(11):365+361.
[3]王彦文.煤矿井下供电系统越级跳闸保护探讨[J].江西煤炭科技,2019(02):186-187.