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摘 要：矿井供电系统越级跳闸是系统运行过程中非常容易出现的一种故障，一旦供电系统发生越级跳闸就会使矿井内部大范围停电，电气设备无法正常运行，对矿井工人的生命安全造成巨大威胁。对于上述提出的问题，本文首先从矿井内部环境、供电系统设备、保护电路运行情况三个方面详细分析供电系统发生越级跳闸的具体原因，并由此介绍三种较为常见的防越级跳闸技术，这些技术可以有效解决矿井供电系统安全运行的问题，对实际生产过程具有一定的参考价值。
关键词：供电系统;越级跳闸;原因分析
1引言
安全第一一直是中国生产加工行业的首要要求，对于地下矿井开采这类高危行业更是如此，即使是如此重视安全生产的今天，依然每年都会发生多起矿井渗水、坍塌、爆炸造成多人受伤死亡的事故。为了保证矿井工人的生命安全最重要的就是要保证矿井内部生产设备可靠稳定的运行，矿井资源开采过程主要依赖电能为各种设备提供动力，常规的220V交流电无法满足矿井开采的工作需要，所以需要额外设置供电系统，一般情况下矿井供电系统采用的是6-10KV的干线式供电网络，单侧电源等级为3-4级[1]。
矿井供电系统的最大特点是供电电压高且线路短，供电线路两端的电流变化量较小，在供电系统发生短路故障时，想通过对比供电线路电流变化查找发生故障的部位难度极大，为了保证供电系统的安全正常运行供电系统设置有上级开关和下级开关，在某条供电线路发生短路时可以根据上下级开关的动作延时时间差异及时断开线路，这虽然解决了供电系统的安全运行问题但是由于供电系统无法准确设置定时限级差进而无法控制上下级开关的断开顺序，所以在发生供电系统短路故障时会经常发生越级跳闸的现象，导致矿井内电气设备的大规模停止运行[2]，尤其是在通风环境恶劣的矿井内部，通风设备和空气检测装置停止运行极易导致矿井工人窒息甚至死亡，由此可以看出防越级跳闸技术具有极大的研究价值。
2越级跳闸产生原因分析
2.1环境因素
矿井内部环境一般都较为潮湿闷热，这种环境对电气设备的正常运行有较大影响，尤其是对某些电气设备的变频器影响最大，这些变频器输出的浪涌和谐波会直接影响保护电路的正常工作，进而导致越级跳闸。并且供电线路是随着矿井的深度变化而变化的，如果矿井较深供电线路会采用二级馈电甚至三级馈电的方式进行供电，这就容易发生线路继电保护整定的不合理，例如三级馈电继电保护整定时间小于二级馈电，当供电系统发生故障时，继电保护装置接收指令及时断电，此时二级馈电已经完成时限分闸，三级馈电可能还没有开始发生保护动作，这也就导致了越级跳闸。
2.2设备因素
由于电气设备导致越级跳闸的原因多种多样，这里主要介绍几种较为典型的例子，电气设备的故障也是导致越级跳闸的最主要诱因，有很多采矿单位不注意工作安全，在能节省的地方尽量节省，例如能有效保障工作安全的防爆开关[3]，为了节约成本没有安装独立的供电线路和供电电源，而是将其安装在主电路启动开关旁边，当主电路启动开关出现故障时，防爆开关的保护作用也随之失效。对于结构较为复杂的矿井通常需要安装多个控制开关，但是这些供电线路的布置是随着矿井的掘进展开的，所以容易导致这些控制开关的关联性不佳而且还会产生控制冲突，具体表现为控制开关启动后设备经过较长时间才响应，甚至出现拒绝启动的现象。除此之外，由于供电线路的电压都较大，所以电气设备时常会出现启动时电压的过大波动，这些都有可能导致越级跳闸的现象出现。
2.3保护电路故障
保护电路自身出现故障也会导致越级跳闸的问题，但是这类问题是相对来讲最容易解决的，主要可以分为继电保护方式、继电保护设备、漏电保护方式三方面因素导致越级跳闸。由于矿井空间较为狭窄所以供电线路无法设置得过长，当矿井到达一定深度时需要采用多级馈电方式进行供电，传统的三段式过流保护无法适用于这种环境，但是现在还没有能够实现精确控制多级继电保护装置的方式。选择性能优良的继电保护设备是防止越级跳闸的有效途径，但是很多企业选择这些保护性设备时往往只会选择价格最为低廉的，由于矿井内部潮湿闷热，对于电气设备的工作性能影响极大，在正常环境下能稳定工作的继电保护设备在矿井内部灵敏度可能会大打折扣，而且继电保护设备的灵敏度过低就无法准確防范安全隐患，造成更大的经济损失。在矿井内部工作的设备输出功率一般都很大，在供电线路发生漏电现象时也无法及时排除，所以为了工作过程的安全性会降低供电线路的输入电流，同时采用一些补救措施使电气设备的输出功率达到工作要求，但是这些补救措施也导致了保护电路的过载和误判，进而发生越级跳闸。
3防越级跳闸技术分析
3.1常规电路监控
常规电路监控是最常见的防越级跳闸技术[4]，同时也是可行性最高的一项技术，主要是依靠外部变电站的电路监控系统对矿井内电路进行实时监控，电路监控系统主要由监控主机、监控通信分站、智能保护器三个部分组成。总体采用了分层式结构，三个部分的工作运行相对独立但是又互相联系，每一层设备的损坏都不会影响其他层设备的正常运行，监控主机负责数据的处理储存以及输出控制指令，监控通信分站负责多个智能保护器上传数据的采集打包和上传，智能保护器负责控制开关和保护电路数据状态采集以及控制工作。电路监控系统通过可视化的操作平台实现了对矿井内电路的实时监控，不仅有效降低了发生越级跳闸的风险，而且显著提高了电路保护控制的时效性。
3.2集成电路保护
集成电路保护和电力监控系统的工作原理类似，但是不需要像电路监控系统一样设置大量的监控设备，而是将数据采集模块集成到电路控制开关中，可以通过采集流向电气设备的电流电压等数据预测供电线路的工作情况，在电流电压发生较大波动时及时断开保护开关，防止越级跳闸。这种方法所需要的成本最低，但是相对应的准确性不高，主要可以应用于工作范围较小的矿井，而且采集到的数据可以上传到移动设备，方便随时进行监控。
3.3智能配网系统
智能配网系统也被称为数字化变电站，是较为新型的防止越级跳闸技术，一般适用于多级馈电系统中。通过对变电站一、二次设备进行数字化网络改造，借助网络通信平台实现信息共享和交互，可以使变电站实现数据监控、线路保护、信息管理。变电站采用全站采样和数据共享可以使整个变电站作为保护对象成为可能，变电站的二次设备采用通信网络取代传统的控制电路不仅提高了设备的控制精度而且消除了由电缆带来的电磁干扰的问题。在电路保护方面采用差动保护模块取代传统过流速断保护，差动保护模块可以保证电路保护范围是固定的，并且通过网络通信技术实现整个线路零时限速动保护，也就消除了传统上下级保护开关带来的越级跳闸问题。
参考文献：
[1]赵琳洁.矿井供电系统继电保护系统分析和优化研究[J].自动化应用，2020（05）：95-96+99.
[2]李志伟.矿井供电系统越级跳闸原因分析及对策[J].机械工程与自动化，2019（02）：216-217.
[3]牛军军，张乐.煤矿井下高压供电保护整定分析及应用[J].能源技术与管理，2020，45（03）：188-190.
[4]陈子枫，张国平，李景，陈德华.基于电力线通信的矿井安全监控系统[J].电子测量技术，2019，42（19）：120-124.
作者简介：
钱启龙（1985年3月-）性别：男、民族：汉、籍贯：辽宁省盘锦市大洼县、学历：大专、 职称：机电工程师、主要研究方向：高压供电管理及变频技术或从事工作：技术队长。
（攀煤集团公司大宝顶矿 617017）
关键词：供电系统;越级跳闸;原因分析
1引言
安全第一一直是中国生产加工行业的首要要求，对于地下矿井开采这类高危行业更是如此，即使是如此重视安全生产的今天，依然每年都会发生多起矿井渗水、坍塌、爆炸造成多人受伤死亡的事故。为了保证矿井工人的生命安全最重要的就是要保证矿井内部生产设备可靠稳定的运行，矿井资源开采过程主要依赖电能为各种设备提供动力，常规的220V交流电无法满足矿井开采的工作需要，所以需要额外设置供电系统，一般情况下矿井供电系统采用的是6-10KV的干线式供电网络，单侧电源等级为3-4级[1]。
矿井供电系统的最大特点是供电电压高且线路短，供电线路两端的电流变化量较小，在供电系统发生短路故障时，想通过对比供电线路电流变化查找发生故障的部位难度极大，为了保证供电系统的安全正常运行供电系统设置有上级开关和下级开关，在某条供电线路发生短路时可以根据上下级开关的动作延时时间差异及时断开线路，这虽然解决了供电系统的安全运行问题但是由于供电系统无法准确设置定时限级差进而无法控制上下级开关的断开顺序，所以在发生供电系统短路故障时会经常发生越级跳闸的现象，导致矿井内电气设备的大规模停止运行[2]，尤其是在通风环境恶劣的矿井内部，通风设备和空气检测装置停止运行极易导致矿井工人窒息甚至死亡，由此可以看出防越级跳闸技术具有极大的研究价值。
2越级跳闸产生原因分析
2.1环境因素
矿井内部环境一般都较为潮湿闷热，这种环境对电气设备的正常运行有较大影响，尤其是对某些电气设备的变频器影响最大，这些变频器输出的浪涌和谐波会直接影响保护电路的正常工作，进而导致越级跳闸。并且供电线路是随着矿井的深度变化而变化的，如果矿井较深供电线路会采用二级馈电甚至三级馈电的方式进行供电，这就容易发生线路继电保护整定的不合理，例如三级馈电继电保护整定时间小于二级馈电，当供电系统发生故障时，继电保护装置接收指令及时断电，此时二级馈电已经完成时限分闸，三级馈电可能还没有开始发生保护动作，这也就导致了越级跳闸。
2.2设备因素
由于电气设备导致越级跳闸的原因多种多样，这里主要介绍几种较为典型的例子，电气设备的故障也是导致越级跳闸的最主要诱因，有很多采矿单位不注意工作安全，在能节省的地方尽量节省，例如能有效保障工作安全的防爆开关[3]，为了节约成本没有安装独立的供电线路和供电电源，而是将其安装在主电路启动开关旁边，当主电路启动开关出现故障时，防爆开关的保护作用也随之失效。对于结构较为复杂的矿井通常需要安装多个控制开关，但是这些供电线路的布置是随着矿井的掘进展开的，所以容易导致这些控制开关的关联性不佳而且还会产生控制冲突，具体表现为控制开关启动后设备经过较长时间才响应，甚至出现拒绝启动的现象。除此之外，由于供电线路的电压都较大，所以电气设备时常会出现启动时电压的过大波动，这些都有可能导致越级跳闸的现象出现。
2.3保护电路故障
保护电路自身出现故障也会导致越级跳闸的问题，但是这类问题是相对来讲最容易解决的，主要可以分为继电保护方式、继电保护设备、漏电保护方式三方面因素导致越级跳闸。由于矿井空间较为狭窄所以供电线路无法设置得过长，当矿井到达一定深度时需要采用多级馈电方式进行供电，传统的三段式过流保护无法适用于这种环境，但是现在还没有能够实现精确控制多级继电保护装置的方式。选择性能优良的继电保护设备是防止越级跳闸的有效途径，但是很多企业选择这些保护性设备时往往只会选择价格最为低廉的，由于矿井内部潮湿闷热，对于电气设备的工作性能影响极大，在正常环境下能稳定工作的继电保护设备在矿井内部灵敏度可能会大打折扣，而且继电保护设备的灵敏度过低就无法准確防范安全隐患，造成更大的经济损失。在矿井内部工作的设备输出功率一般都很大，在供电线路发生漏电现象时也无法及时排除，所以为了工作过程的安全性会降低供电线路的输入电流，同时采用一些补救措施使电气设备的输出功率达到工作要求，但是这些补救措施也导致了保护电路的过载和误判，进而发生越级跳闸。
3防越级跳闸技术分析
3.1常规电路监控
常规电路监控是最常见的防越级跳闸技术[4]，同时也是可行性最高的一项技术，主要是依靠外部变电站的电路监控系统对矿井内电路进行实时监控，电路监控系统主要由监控主机、监控通信分站、智能保护器三个部分组成。总体采用了分层式结构，三个部分的工作运行相对独立但是又互相联系，每一层设备的损坏都不会影响其他层设备的正常运行，监控主机负责数据的处理储存以及输出控制指令，监控通信分站负责多个智能保护器上传数据的采集打包和上传，智能保护器负责控制开关和保护电路数据状态采集以及控制工作。电路监控系统通过可视化的操作平台实现了对矿井内电路的实时监控，不仅有效降低了发生越级跳闸的风险，而且显著提高了电路保护控制的时效性。
3.2集成电路保护
集成电路保护和电力监控系统的工作原理类似，但是不需要像电路监控系统一样设置大量的监控设备，而是将数据采集模块集成到电路控制开关中，可以通过采集流向电气设备的电流电压等数据预测供电线路的工作情况，在电流电压发生较大波动时及时断开保护开关，防止越级跳闸。这种方法所需要的成本最低，但是相对应的准确性不高，主要可以应用于工作范围较小的矿井，而且采集到的数据可以上传到移动设备，方便随时进行监控。
3.3智能配网系统
智能配网系统也被称为数字化变电站，是较为新型的防止越级跳闸技术，一般适用于多级馈电系统中。通过对变电站一、二次设备进行数字化网络改造，借助网络通信平台实现信息共享和交互，可以使变电站实现数据监控、线路保护、信息管理。变电站采用全站采样和数据共享可以使整个变电站作为保护对象成为可能，变电站的二次设备采用通信网络取代传统的控制电路不仅提高了设备的控制精度而且消除了由电缆带来的电磁干扰的问题。在电路保护方面采用差动保护模块取代传统过流速断保护，差动保护模块可以保证电路保护范围是固定的，并且通过网络通信技术实现整个线路零时限速动保护，也就消除了传统上下级保护开关带来的越级跳闸问题。
参考文献：
[1]赵琳洁.矿井供电系统继电保护系统分析和优化研究[J].自动化应用，2020（05）：95-96+99.
[2]李志伟.矿井供电系统越级跳闸原因分析及对策[J].机械工程与自动化，2019（02）：216-217.
[3]牛军军，张乐.煤矿井下高压供电保护整定分析及应用[J].能源技术与管理，2020，45（03）：188-190.
[4]陈子枫，张国平，李景，陈德华.基于电力线通信的矿井安全监控系统[J].电子测量技术，2019，42（19）：120-124.
作者简介：
钱启龙（1985年3月-）性别：男、民族：汉、籍贯：辽宁省盘锦市大洼县、学历：大专、 职称：机电工程师、主要研究方向：高压供电管理及变频技术或从事工作：技术队长。
（攀煤集团公司大宝顶矿 617017）