煤礦供電系統防越級跳閘技術應用

1 煤礦供電系統所出現越級跳閘現象的成因
　　1.1 短路保護整定難度提升
　　因為井下的煤礦供電系統具有復雜性，在線路零秒速斷保護中缺乏保護區，只要線路故障產生，處于上級及幾級之上的大部分開關都難以對線路電流發生的微妙變化進行感知，此時，多級開關零秒速斷保護器會瞬間發生跳閘，這是越級跳閘的原因所在。并且大多數井下的供電系統缺乏時間級差，因此，過流保護整體存在較大困難，只要短路故障發生，越級跳閘就會立馬出現。除此之外，煤礦井下頻繁出現的防爆開關拒動問題也是引發越級跳閘現象的因素之一。
　　1.2 光纖縱差保護的效果較差
　　目前，為井下供電系統提供保護的主體一般是光纖縱差保護。雖然該保護可以對越級跳閘問題進行一定避免，然而線路系統通常包含多端線路，簡單的也是三端線路，解決起來較為困難，通常是由于光纖縱差保護所涉及的理論基礎以兩端線路理論為主，這對于三端線路的解決是存在不足的。
　　1.3 失壓保護整定難度高
　　在開關拒動現象出現時，大多數煤礦井下的保護線路會瞬間處在失壓保護的狀態中，并且一些開關還將出現不同程度的延時問題，這給失壓保護整定帶去了難題。除此之外，部分失壓保護器的脫扣值精準度不高的問題也是影響失壓保護整定的一大因素。若短路故障出現的位置和母線之間具有很近的距離，那么母線失壓現象就極易出現，也會較易引發其他開關保護系統越級跳閘問題的發生。另外，井下所安置的開關的整體質量及作業人員的動作快慢同樣是引發越級跳閘問題的關鍵因素。
　　2 國內外常見的防越級跳閘技術及產品的發展狀況
　　2.1 地面通訊保護法
　　該方法的應用原理是經由地面的監控主機和全部開關的智能保護器開展通訊，在讀取煤礦內全部開關的電流信號后，開展和全部開關各自定值的比較操作，從而對短路位置進行判斷，并由地面的監控主機對指令進行發出，通過對短路處上級開關的控制，以跳閘的形式對短路線路進行切斷。因為憑借計算機進行通訊、判別和再發出指令要滿足一定的時間需求，但是開關保護器會在20ms的時間內對速斷跳閘進行啟動，而計算機對指令的發出時間要比保護器的速斷跳閘時間多得多，所以地面通訊法通常使用的保護器都是較為特殊的，其在正常通訊時應對本地的保護功能進行取消，通訊功能一力由地面的計算進行控制;對于不正常的通訊狀況，可以靈活地對本地的保護功能進行切換。
　　2.2 電流速斷閉鎖法
　　電流速斷閉鎖法是一項較為常見的防越級跳閘技術，本文以常州天地自動化股份有限公司所研發的防越級跳閘成套裝置對電流速斷閉鎖法進行介紹。該系統主要運用二級的防越級跳閘措施，主要以硬件短路跳閘的閉鎖裝置及軟件延時為基礎，并由CZB1綜合保護器、系統軟件、專用短路檢測模塊、通信網路以及防越級跳閘裝置五大方面組成。該系統運用的開關都具備短路閉鎖信號專用的綜合智能保護器，該保護器能夠對短路信號進行檢測，并對短路閉鎖信號進行輸出。在電路線路的某個位置出現短路時，故障位置的全部上級開關將經由短路電流，而對故障位置的下級開關來講，短路電流則不通過。短路處的上級各開關保護器能夠對大短路電流進行檢測，并對閉鎖信號進行發出：對于每一開關保護器來講，其短路閉鎖信號和上級開關的智能保護器閉鎖的輸入端直接相接，促使閉鎖的上級開關速斷保護功能的及時發揮，從而阻礙速斷跳閘的出現，此時，短路處下級的開關保護器所包含的短路電流專用采集模塊，將難以對短路大電流進行檢測，從而限制閉鎖信號及短路信號的發揮，這樣一來，就可以實現對上級開關速斷保護功能的不閉鎖。
　　2.3 光纖保護法
　　光纖保護法所運用的儀器主要是專用光纖縱差保護器，其通常將縱差保護認定為主保護，而電流速斷保護的作用只能于光纖通信出現中斷時才能發揮，否則電流速斷作用將自動退出。對于下級開關的光纖縱差保護器來講，其輸出信號經由光纖和上級開關的光纖縱差保護器信號輸入端直接連接，從而將下級開關的電流信號合理地傳輸到上級開關光纖縱差保護器中，并且下級開關的光纖縱差保護器對兩個開關的電流差進行高效計算。在正常運行的狀態下，兩開關間的線路基本不出現短路，因此電流差值是零。而在兩開關間發生短路的狀態下，短路處的上級開關會通過大電流，對于短路處的下級開關來講，則不流通大電流，這時短路處上級開關的光纖縱差保護器就能夠對上下級之間開關的電流差進行準確計算。在差值和保護器跳閘的啟動值極為接近時，短路處的上級開關會迅速跳閘，從而對短路線路進行切斷。在短路處的一級開關由于故障出現而發生拒動時，其上一級開關的保護器會將過流保護合理地限定延長一段時間，在時間到了之后，上一級的開關會快速跳閘，從而對短路電路進行切除。