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摘要：本文介绍了煤矿井下供电系统的现状，针对井下越级跳闸事故的主要原因进行了分析,并提出解决方案，本方案不仅可有效解决井下越级跳闸问题，还可实现井下供电系统的智能化管理，提高了供电系统的可靠性，有广泛的应用前景。
关键词：煤矿井下供电；放越级跳闸；解决方案；
Abstract: This paper introduces the present situation of power supply system in underground coal mine, main reasons for tripping accidents downhole leapfrog are analyzed, and puts forward the solution, this solution not only can effectively solve the underground override trip problem, but also can realize the intelligent management of underground power supply system, improve the reliability of power supply system, has the widespread application prospect.
Keywords: coal mine power supply; put override trip; solutions;
中圖分类号：TD611
0引言
随着我国煤炭企业向着大型化、安全化、自动化的方向发展，煤矿供电系统可靠性成为矿井安全和生产的重要指标。由于煤矿井下供配电网络运行环境和设备的特殊性，导致煤矿井下供配电系统会发生短路、过流、漏电以及由于电压波动引起的停电故障等供电故障。由于供电系统故障导致多种保护联锁动作，使供电系统故障排查极为困难，尤其在“越级跳闸”事故的发生时，依靠人工方式确定故障原因和故障位置，需要较长时间才能排除故障，恢复供电。因此矿井井下供电系统需要一种可全面监测各种运行参数，并能在供电系统发生故障时自动诊断故障原因，提供合理的解决方案的新型供电保护系统。
“越级跳闸”事故即在井下供配电网络发生故障时上下级变电所馈线回路同时发生跳闸，不能实现保护装置的选择性，导致事故扩大化。
1 越级跳闸事故的原因
煤矿供电系统可理解为一个短线路构成的配电网，一般矿井变配电网络可分为：矿井主变电所→井下主变电所→采区变电所→工作面设备，从变电站到最终负荷需要安装3～4级保护。煤矿供电系统主要特点为供电线路短、延伸级数多，导致上下级变电所的短路电流很接近，根据短路电流值难以区分故障发生位置，造成越级跳闸的发生。
以图1为例，简要说明越级跳闸产生的原因。
1）短路故障导致越级跳闸。当d2点处发生短路时，A1+、A1-、A2+、A2-、A3+短路电流至相差不大，馈线开关速断整定值无法区分短路发生位置。由于煤矿井下供电的特殊性,即串联级数较多,难以通过保护装置的时限整定同时满足故障切除的选择性和快速性要求。因此，在煤矿井下供电系统中保护装置多采用无时限配合的速断保护，在d2点发生短路故障时，A1+、A2+、A3+关可能同时跳闸，造成越级跳闸的发生。
2） 漏电故障导致越级跳闸。目前很多井下保护器的数据传输速度慢，受电磁干扰，支路零序电流不能实现比较，导致漏电保护误动作。接地时，零序电流基波的电流值大小很难确定，使根据零序电流大小的漏电保护不能完全正确动作。矿井供电一般还安装有消弧线圈，而消弧线圈的运行方式又是过补偿运行，这导致了接线路和非接地线路的功率方向完全相同，使根据功率方向原理的小电流选线装置容易产生误动。
3）失压导致越级跳闸。目前很多井下保护器的失压保护动作时延为0S，不能整定，馈线距离母线很近的地方发生短路故障时母线电压短时失压，该段母线上其他开关的失压保护误动作导致“越级跳闸”。
2防越级跳闸事故的解决方案
本方案根据虚拟光纤差动保护并配套后台控制主机实现防越级跳闸。在矿井地面主变电所主控室内设置集成保护测控装置一套（包括：保护屏A、B和综合屏），用于处理各类保护数据和发出保护动作指令，并监测各保护装置的运行状态。在井下各级变电所高爆开关内均安装智能保护器。在井下各级变电所内设置一台矿用隔爆型光传输接口，将各高爆开关内智能保护器通过防爆光纤终端盒汇总后将光纤接入矿用隔爆型光传输接口，并利用矿井光纤网络上传至集成保护测控装置。
保护系统可由保护屏A或保护屏B单独实现保护功能，构成双重化保护功能。当保护屏A,B同时故障时，由各保护装置单独实现全部保护功能。各保护装置内的整定值和保护屏A、B内的整定值完全一致。
以下详细介绍本方案的工作原理：
1）采用虚拟光纤差动保护解决短路故障导致的“越级跳闸”，本方案基于数字化变电站系统的点对点光纤通讯网络，利用线路光纤差动保护的原理，即差动保护的动作区是由CT位置确定，与保护定值无关。当图1中d2位置发生短路故障时，集成保护测控装置检测到A1+、A1-、A2+、A2-、A3+流过短路电流，但A1+与A1-、A1-与A2+间电源线路两侧电流值相同，因此A1+、A1-、A2+、A2-开关均不动作，同时跳闸集成保护测控装置向A3+开关保护发出分闸指令，切除故障线路，确保不出现“越级跳闸”。
2）全站数据共享解决漏电故障导致的“越级跳闸”，本方案采用光纤传输，全站数据共享保护系统，采用基于零序电流基波的功率方向和全站零序电流数据的综合处理，先选出所有线路中零序电流5次谐波和基波幅值变化最大的三条，再与数据库中的零序电流5次谐波和基波幅值比较，如果其中一条回路的幅值变化远远大于其余两条，则确定此回路为漏电故障支路，并远程切断故障回路，有效解决漏电保护准确性和可靠性的问题。
3）定值和延时均可整定的失压保护解决失压保护导致的“越级跳闸”，智能保护器低电压保护的定值和延时均可整定，在重要的馈电回路（如局部通风机送电的馈线）的失压保护延时可整定得较长，以躲开供电系统故障引起母线电压下降，在其他馈电回路的失压保护时延可以整定得较短，这样可以确保重要馈线的供电，有效避免失压导致的大面积停电事故。
通过工程实践证明本方案可有效解决煤矿井下“越级跳闸”事故，并可实现井下供电系统的远程监控、故障录播、数据存储、故障预警等功能。
3 结论
伴随着煤矿信息化和工业化建设，矿井供电系统自动化网络逐渐由地面延伸至井下，煤矿井下供电系统需要统一考虑各类供电设备的配合和管理。本方案不仅解决了矿井的“越级跳闸”问题，提高井下供电系统可靠性，而且通过构建井下供电系统光纤通信网络和实时通信的数据库，为实现煤矿的井下供电系统自动化打下坚实的基础。随着对井下供电系统的进一步研究，矿井防越级跳闸系统必将迎来更广阔的发展前景。
参考文献：
[1] 煤矿电工手册(修订版) 顾永辉煤炭工业出版社
[2] 煤矿供电梁南丁中国矿业大学出版社
关键词：煤矿井下供电；放越级跳闸；解决方案；
Abstract: This paper introduces the present situation of power supply system in underground coal mine, main reasons for tripping accidents downhole leapfrog are analyzed, and puts forward the solution, this solution not only can effectively solve the underground override trip problem, but also can realize the intelligent management of underground power supply system, improve the reliability of power supply system, has the widespread application prospect.
Keywords: coal mine power supply; put override trip; solutions;
中圖分类号：TD611
0引言
随着我国煤炭企业向着大型化、安全化、自动化的方向发展，煤矿供电系统可靠性成为矿井安全和生产的重要指标。由于煤矿井下供配电网络运行环境和设备的特殊性，导致煤矿井下供配电系统会发生短路、过流、漏电以及由于电压波动引起的停电故障等供电故障。由于供电系统故障导致多种保护联锁动作，使供电系统故障排查极为困难，尤其在“越级跳闸”事故的发生时，依靠人工方式确定故障原因和故障位置，需要较长时间才能排除故障，恢复供电。因此矿井井下供电系统需要一种可全面监测各种运行参数，并能在供电系统发生故障时自动诊断故障原因，提供合理的解决方案的新型供电保护系统。
“越级跳闸”事故即在井下供配电网络发生故障时上下级变电所馈线回路同时发生跳闸，不能实现保护装置的选择性，导致事故扩大化。
1 越级跳闸事故的原因
煤矿供电系统可理解为一个短线路构成的配电网，一般矿井变配电网络可分为：矿井主变电所→井下主变电所→采区变电所→工作面设备，从变电站到最终负荷需要安装3～4级保护。煤矿供电系统主要特点为供电线路短、延伸级数多，导致上下级变电所的短路电流很接近，根据短路电流值难以区分故障发生位置，造成越级跳闸的发生。
以图1为例，简要说明越级跳闸产生的原因。
1）短路故障导致越级跳闸。当d2点处发生短路时，A1+、A1-、A2+、A2-、A3+短路电流至相差不大，馈线开关速断整定值无法区分短路发生位置。由于煤矿井下供电的特殊性,即串联级数较多,难以通过保护装置的时限整定同时满足故障切除的选择性和快速性要求。因此，在煤矿井下供电系统中保护装置多采用无时限配合的速断保护，在d2点发生短路故障时，A1+、A2+、A3+关可能同时跳闸，造成越级跳闸的发生。
2） 漏电故障导致越级跳闸。目前很多井下保护器的数据传输速度慢，受电磁干扰，支路零序电流不能实现比较，导致漏电保护误动作。接地时，零序电流基波的电流值大小很难确定，使根据零序电流大小的漏电保护不能完全正确动作。矿井供电一般还安装有消弧线圈，而消弧线圈的运行方式又是过补偿运行，这导致了接线路和非接地线路的功率方向完全相同，使根据功率方向原理的小电流选线装置容易产生误动。
3）失压导致越级跳闸。目前很多井下保护器的失压保护动作时延为0S，不能整定，馈线距离母线很近的地方发生短路故障时母线电压短时失压，该段母线上其他开关的失压保护误动作导致“越级跳闸”。
2防越级跳闸事故的解决方案
本方案根据虚拟光纤差动保护并配套后台控制主机实现防越级跳闸。在矿井地面主变电所主控室内设置集成保护测控装置一套（包括：保护屏A、B和综合屏），用于处理各类保护数据和发出保护动作指令，并监测各保护装置的运行状态。在井下各级变电所高爆开关内均安装智能保护器。在井下各级变电所内设置一台矿用隔爆型光传输接口，将各高爆开关内智能保护器通过防爆光纤终端盒汇总后将光纤接入矿用隔爆型光传输接口，并利用矿井光纤网络上传至集成保护测控装置。
保护系统可由保护屏A或保护屏B单独实现保护功能，构成双重化保护功能。当保护屏A,B同时故障时，由各保护装置单独实现全部保护功能。各保护装置内的整定值和保护屏A、B内的整定值完全一致。
以下详细介绍本方案的工作原理：
1）采用虚拟光纤差动保护解决短路故障导致的“越级跳闸”，本方案基于数字化变电站系统的点对点光纤通讯网络，利用线路光纤差动保护的原理，即差动保护的动作区是由CT位置确定，与保护定值无关。当图1中d2位置发生短路故障时，集成保护测控装置检测到A1+、A1-、A2+、A2-、A3+流过短路电流，但A1+与A1-、A1-与A2+间电源线路两侧电流值相同，因此A1+、A1-、A2+、A2-开关均不动作，同时跳闸集成保护测控装置向A3+开关保护发出分闸指令，切除故障线路，确保不出现“越级跳闸”。
2）全站数据共享解决漏电故障导致的“越级跳闸”，本方案采用光纤传输，全站数据共享保护系统，采用基于零序电流基波的功率方向和全站零序电流数据的综合处理，先选出所有线路中零序电流5次谐波和基波幅值变化最大的三条，再与数据库中的零序电流5次谐波和基波幅值比较，如果其中一条回路的幅值变化远远大于其余两条，则确定此回路为漏电故障支路，并远程切断故障回路，有效解决漏电保护准确性和可靠性的问题。
3）定值和延时均可整定的失压保护解决失压保护导致的“越级跳闸”，智能保护器低电压保护的定值和延时均可整定，在重要的馈电回路（如局部通风机送电的馈线）的失压保护延时可整定得较长，以躲开供电系统故障引起母线电压下降，在其他馈电回路的失压保护时延可以整定得较短，这样可以确保重要馈线的供电，有效避免失压导致的大面积停电事故。
通过工程实践证明本方案可有效解决煤矿井下“越级跳闸”事故，并可实现井下供电系统的远程监控、故障录播、数据存储、故障预警等功能。
3 结论
伴随着煤矿信息化和工业化建设，矿井供电系统自动化网络逐渐由地面延伸至井下，煤矿井下供电系统需要统一考虑各类供电设备的配合和管理。本方案不仅解决了矿井的“越级跳闸”问题，提高井下供电系统可靠性，而且通过构建井下供电系统光纤通信网络和实时通信的数据库，为实现煤矿的井下供电系统自动化打下坚实的基础。随着对井下供电系统的进一步研究，矿井防越级跳闸系统必将迎来更广阔的发展前景。
参考文献：
[1] 煤矿电工手册(修订版) 顾永辉煤炭工业出版社
[2] 煤矿供电梁南丁中国矿业大学出版社