张燕宁

摘 要：本文通过对煤矿井下的供电系统继电器保护中出现的越级跳闸异常现象进行了分析，并提出了通过纵差保护来防止出现越级跳闸的原理和方法，希望能为我国的煤矿事业安全发展提供一份力量。

关键词：纵差保护;越级跳闸;煤矿井下供电;电流保护

1 引言

煤炭事业的发展，从某种程度上来说，体现出了一个国家的经济实力。煤炭也为我国的经济发展提供了必不可少的帮助。由于煤炭一般都深埋在低下一千多米处，在煤炭的开采过程中，由于环境的特殊性，作业安全成为了煤炭整个开采过程中的重中之重。由于地底下黑暗，需要提供照明，以及开采过程中也需要用到很多机械设备，这些都需要用到电。而整个供电系统如果出现故障，将会给煤矿井下作业带来非常严重的威胁。因此，做好煤矿的井下供电安全，是非常重要的一项工作。

2 煤矿井下供电及继电保护使用现状

目前我国煤炭井下供电，一般采用的是中低压供电系统，用的是分段式过电流保护，以及带电压闭锁或功率方向的过电流保护。过电流保护根据其动作方法一般分为瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护这三种，它们在整个供电系统中保护的对象是不一样的。在煤矿的电力系统中，使用的基本都是短电缆线路，这就很容易造成在线路短路时，由于通过开关的短路电流没有明显差异，造成上下级变电所发生短路保护，同時造成越级跳闸事件。

目前，我国的煤矿井下供电采用的一般是多辐射状供电模式，它具有下属两个特点：①由于辐射的延伸支路较多，电网配合的时限不足，这就造成了短路保护时限不能互相配合;②随着电网建设的不断发生，整个供电系统的容量在逐渐增大，而在煤炭供电系统中，供电线路比较短，各种形式的短路电流都很接近，使得保护的电流定值不能配合。这就造成了井下的电网继电保护系统又越级跳闸的情况发生。当这种情况出现时，会造成煤矿井下的供电系统出现大面积的供电故障，一旦没有电力，煤矿井下作业就没有照明而无法作业。

3 越级跳闸的原因及延时切除故障的危害

3.1 越级跳闸的原因探讨

3.1.1 在保护定值配合方面

通过上文的阐述可知，煤矿电网属于短电缆线路所组成的配电网，从地面的变电所将电接入变电所，再到中央变电所和采区变电所，形成了一个串联的电网。当线路中不同位置出现短路时，由于整个串联的电网线路较短，不同位置的短路电流通过继电器，并没有太明显的差异，因此，仅仅通过电流的测定和延时定值的方法不能对电网中的短路位置进行判断，这样的后果就是造成了过电流无法保护，从而导致越级跳闸事件的发生。再保护器中由于是其定值是按照倍率来调整的，值无法达到精确的程度，也使得上下级的保护定值之间的调整无法达到配合。

3.1.2 在保护电源方面

保护器电源没有后备电源，它取自于高压防爆开关内的电压互感器。当出现短路时，电网中的母线电压会降低，甚至会影响到保护器的正常工作。这种情况下带来的后果就是，当出现故障时，保护器不能及时将短路故障切除，从而造成了越级跳闸和其他回路中的失压脱扣异常发生，最终会带来大面积停电的故障发生。另外在电网中如果突然有大负荷的投入或者其他异常在成电压出现波动，也会导致开关的失压并进行脱扣线圈发生动作，也会造成大面积停电事件的发生。

由此可知，由于不能及时对保护区内的故障进行切除或者隔离，才会最终产生停电等异常事故，根据瞬时电流速断保护的工作原理可知，整个电路无法被权限速切进行保护。

3.2 延时切除故障所带来的危害

瞬时电流速断保护只能对整个线路中的一小段进行保护，而不能对整个电流进行故障的权限速动或者切除，只能通过多段的保护范围来实现整个电网线路的保护。

如果电网系统对供电的可靠性以及供电质量要求较低时，原有的保护装置有些进行适当的改造之后就能满足系统的运行，不需要再另外投入过多的投资。随着社会经济水平的不断上升，以及人们对供电质量的要求越来越高，该种保护方法不仅无法满足人们的要求甚至已经成为了阻碍配电系统发展的阻碍。经统计，它主要会带来以下一些危害：

①随着配电系统线路的短路容量越来越大，故障延时的切除对设备所造成的威胁也会不断增加。严重情况下有可能会带来电器设备的烧毁等恶性事件;②故障延时切除会引起电网中国电压稳定性的问题;③故障延时切除，其母线上电压的下降所持续的事件会越长，这对电网系统中某些对电压较为敏感的设备会带来较大的破坏性;④容易造成永久性故障的发生，对电网的稳定运行带来威胁;⑤如果由于故障点不及时隔离带来了电网的大面积停电，就会增加了后续困难的排查难度。

4 纵差保护防止越级跳闸的原理

以上图为例，对纵差保护防止越级跳闸的原理进行说明。图中5DL、6DL、7DL、8DL和9DL均为联络开关，保护时间为0秒级的联差动保护，在后背保护是有时间的过流保护，按照5DL为0.5S、6DL和7DL为0.35S、8DL为0.2S来设置，其他的开关保护均为0S短路保护。

4.1 联络线中的故障动作

在上图中的d1出现短路时，地面变电所和中压变电所的联络开关5DL、6DL和7DL中都会有短路电流通过，而在其他的开关中不会有短路电流通过。在5DL和6DL之间没有差电流，此时级联差保护不会发生动作，而在7DL和8DL之间有短路电流形成，在这两个联络开关中发生动作，对短路的联络线进行隔离分开。

4.2 母线中的故障动作

上图采区变电所的母线为d2，当该线路出现短路时，在d2前面的5DL、6DL、7DL和8DL均会通过短路电流，这些联络开关之间的电流没有差值，也就意味着差动保护不会发生动作。当8DL的过流延时时间，即0.2S结束后，8DL开始进行过电流保护，对故障的母线进行切断。

4.3 出现时的故障动作

当d3线出现短路时，图中所有的联络开关均会有短路电流通过，这些联络开关之间的差电流值大小均相等，差动保护不会发生动作，9DL联络开关设置为0S保护动作，对故障线路d3进行切断。

5 纵差保护的应用

在煤矿企业的供电保护系统中，将纵差保护体现进去，可以为整个供电保护系统提供更加安全的跳闸切断，不会因为某段线路出现故障而造成越级跳闸，避免事故的范围扩大。通过线路的设置，将每一级的进线开关和其对应的下一级变电所供电的出现开关以纵差保护的形式连接。当下级变电所中出现线路短路时，上级变电所就可以及时切除故障点，不仅杜绝了事故的进一步扩大，更重要的是杜绝越级跳闸的事件发生，给煤矿企业中的供电提供保障。

6 结语

由于煤矿井下的作业环境非常特殊，一旦出现供电故障时，需要在最快的时间内将故障发生点进行切除，同时要做到不能越级误动作，避免造成其他没有故障点的线路也被气短电源，从而避免井下作业时出现大面积停电的危险事件发生。由于联动差保护时间为0S，后备保护为带限时的过流保护方式，能很好地解决跳闸的顺序，使得断电过程有序，给煤矿企业的井下作业提供了用电的保障，保证了煤矿企业安全生产。

参考文献：

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[2]姚明，陈凯平.线路光纤纵差保护原理及调试方法[J].电工技术，2018（3）：135-136.