摘要：社会进步迅速发展，我国的煤矿行业的发展也有了改善。供电系统对于保障矿井安全生产至关重要，一旦发生供电故障，就会造成停电停产，甚至危及安全生产。通常，矿井供电系统中会安设各类保护装置，以此来保障供电安全，但是电路保护装置有时会因各种原因发生误动作或者越级跳闸问题。例如：在中国煤矿井下常用的6kV/10kV供电线路中，常发生因过流整定难度大而引发的过流保护动作问题，也就是过流短路时的越级跳闸问题，从而导致保护动作后受影响的供电范围扩大，影响井下正常供电及安全生产。本文针对煤矿井下供电中常见的几类越级跳闸问题，基于现场统计资料及数据对跳闸原因进行分析，结合当前治理越级跳闸问题的成功案例和经验，对越级跳闸控制的常用方案进行探究，从而为类似受越级跳闸问题困扰的矿井提供一定的参考。
关键词：煤矿供电；防越级跳闸；常用方案探究
引言
煤炭作为应用最广泛的能源资源，在国民经济发展中占据着十分重要的地位，随着煤矿井下综采自动化水平的不断提升，以采煤机、刮板输送机、液压支架等自动化程度高、稳定性好的综采机械设备不断投入应用，在设备启动、停止的过程中会产生极大的冲击电流，在应用过程中所消耗的电量大，给井下的供电系统的供电稳定性带来了极大的隐患，导致极易出现供电系统短路等异常，由于多数井下供电线路的短距离布设结构导致系统很难及时对短路故障进行隔离，进而导致了连续性的越级跳闸事故，使故障范围迅速扩大，同时由于大范围的网络故障，导致在排查事故和修复时需要耗费大量的人力和物力，严重影响了煤矿井下的综采作业安全。因此本文提出了一种井下供电网络防越级跳闸装置，该装置采用了基于电流纵联差动保护原理和故障主动定位技术，能够迅速的对短路故障进行跳闸保护，防止事故的进一步扩大，同时系统自动对故障位置和原因进行分析，便于维修人员快速处理网络异常，根据实际应用表明该防越级跳闸装置具有可靠性高、稳定性好、故障定位精确的优点，能够将供电网络故障的概率降低73%，将故障处理时间降低90%以上，极大的提升了煤矿井下的供电稳定性和可靠性。
1煤矿防越级跳闸方法
煤矿供电系统一旦发生多级开关跳闸的问题，就会出现矿山大面积停电现象，这不仅影响着矿上的经济效益，同时大面积的停电现象严重威胁着矿山工作人员的人身安全。所以为了尽可能地解决此类问题，研究人员将研究的方向逐步朝着避免越级跳闸的方向转化。产生越级跳闸的原因较多，但主要是由于线路较短、电路的阻抗值较小、电磁及谐波的干扰较大、整定的方式不合理、电路漏电保护性能差等=。所以在现如今的解决方案中，主要为：纵联差动保护，其原理是将电路两侧的保护装置进行纵向连接，当发生线路的短接时，系统可以快速比较两侧的相位及电流大小，迅速完成故障位置的确定，然后做出近故障区的跳闸，达成故障区域隔离，防止出现越级跳闸现象。此方法的优点是现有的理论较为成熟，方法的使用效果不错，只需要在电路系统中安装相应的保护装置就可以达到相应的保护效果。但此方法最大的问题为线路母线的故障无法得到有效的排除，且发生纵向漏电时无法锁定及保护线路；第二种方法为通信级联闭锁方法，此方案主要是利用差动保护装置及网络闭锁相结合对越级跳闸进行保护，当线路发生短路现象后，短路位置的下降从站由于检测不到故障信号，所以会差动启动，保护装置的延时差动时间约为10~50ms，且向上级主站传输闭锁信号。当保护装置在一定的时间内并没有接到下级发出的闭锁信号时，自动解除闭锁，在本级及时进行合闸。这种方案的优点是保护装置与通信装置的统一结合，有效地保证了系统的安全性与可靠性。但此方法需要在保护装置的基础上进行网络加入，所需的工程量较大，且每级的保护装置均需要一定时间传输信息，对矿山的经济效益有一定的损失。第三种方法是在GOOSE的基础上进行防越级跳闸保护方案。GOOSE是一种报文传输机制，此方案在一定程度上与通信级联闭锁方法较为类似，但此方法的信息传输时间小于2ms，明显高于通信级联闭锁的传输时间，大幅度减少了时间的消耗，减小了时间损耗带来的危害。相比方案一和方案二，方案三种方案的结构更为简单，且选择性与及时性都有了一定的优化。但仍存在一定的缺点，采取方案三时需要更换井下开关的保护装置，工程量较大，所以三种方案下均具有各自的优缺点，所以在进行方案选择时需要充分考虑矿山自身的情况，选择合适的防越级跳闸方案。
2防越级跳闸保护技术
2.1分站集中控制技术
该技术要求供电系统必须具备相应的分站装置及配套的防越级跳闸开关。当供电系统出现短路时，首先分站的防越级跳闸开关会开始检查，然后再将相关检查信息传递给分站，分站针对检查信息进行分析并发出命令，对短路现象附近的防越级跳闸开关进行控制。该控制技术要求分站与防越级跳闸开关之间必须具有极高的关联性，如果这两者发生通信问题，将会导致分站分析判断错误，进而影响到防越级跳闸开关有效发挥作用，最终导致煤矿供电系统越级跳闸事故的发生，因此通信信号传输的稳定性能否得到保证是分站集中控制技术的关键。
2.2通信级联闭锁控制技术
该技术是利用时间极差的纵向设置功能实现对各类开关的控制，再通过通信级联闭锁实现对时间极差的纵向设置的控制，从而达到防越级跳闸保护的目的。通信级联闭锁控制技术尽管能够实现防越级跳闸保护，然而对其控制系统进行相应改造的工程量十分庞大，并且该控制技术对实时通信要求相对较高，若开关间通信发生延迟，也将导致越级跳闸事故的发生。
2.3开关保护装置监控技术
该技术是将井下各相关电气设备纳入监控系统，并将其各类开关保护装置与监控系统连接，搜集各类数据，在此基础上将监控数据与开关设定值进行分析比较，判断供电系统短路位置及其情况，并通过地面监控系统对短路位置的上级开关进行控制。应用开关保护装置监控技术时，地面监控系统采集相关数据所需时间通常为４５ｍｓ～１２０ｍｓ，再对采集数据分析判断并发出相应控制信号，而开关保护装置启动所需时间仅为２０ｍｓ，所以开关保护装置监控系统启动时间较长，地面监控系统还需要安装特殊保护装置。
2.4光纤纵差控制技术
该技术是通过光纤信道将位于各段供电线路两端的开关保护装置连接到一起，并且两端中的一端能够接收到另一端的电气量，该电气量通常为电流、功率的方向，在对该电气量进行分析对比后，判别该段线路故障位置是其内部或者是外部，并以此为依据发出跳闸与否的信号。绝对的选择性是光纤纵差控制技术的一大特点，可以使得各级供电线路的保护功能无须在时间上互相配合，实现了全长供电线路的防越级跳闸保护。
结语
根据煤矿供电出现的越级跳闸故障的原因，设计了三位一体供电防越级跳闸监控系统，有效地解决了煤矿超级跳闸现象，实现了开关设定值的远程整定，实现了变电所的无人化监管，为煤矿供电的安全奠定基础。
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