李炎明

(汾西矿业高阳煤矿，山西 孝义 032300)

供电是矿井通风、掘机等工作得以开展的基础，若矿井供电环节出现故障，会导致矿井生产停滞。矿井供电过程中越级跳闸是导致矿井大面积停电的重要原因[1]。矿井供电系统属于企业内部供电网络，区域变电所多、高压设备直接接入供电网络，单个机电设备功率大启动频繁，采用的电力开关成套使用，未能形成相对独立的控制电源[2～3]。矿井井下供电直接使用地面供电技术，未针对矿井井下供电环境进行针对性研究，造成矿井在供电方面存在诸多的问题，其中越级跳闸就是矿井供电事故中的突出问题[4～5]。因此，文中以山西某矿井下供电系统为研究背景，将网络继电保护技术应用到矿井防越级跳闸中，取得显著应用成果。

1 矿井供电防越级保护存在问题分析

矿井防越级跳闸保护原采用过流值以及延时逐级保护方式避免供电网络出现越级跳闸。由于矿井井下供电线路较短，当井下供电网络中出现过流故障时，故障点电流值与线路端电流值接近，采用过流定值方法以及延时逐级保护方法难以准确判定故障点发生位置，采用现有的方法难以有效避免供电线路出现越级跳闸。矿井西翼变电所进线保护开关及二采区变电所进线保护开关采用串联连接方式，当二采区变电所负载端出现短路时由于越级跳闸保护效果差，会导致二采区变电所跳闸，从而影响二采区内所有设备供电。

2 网络继电保护技术概述

网络继电保护技术即为在矿井供电网络中构建双向监控网络将供电网络各级保护装置联系起来，实现数据共享、协同保护，同时将供电网络中各故障信息传输至监控网络相关节点进行故障比对，从而判定供电网络中的故障发生点位置，由保护装置对故障发生位置、应采取的保护方式做出判断，从而实现供电网络的多级保护。一个保护装置出现故障后上一级保护装置可以自动代替其进行保护。这种保护方式可以与邻近的供电线路保护装置在参数设定上互相配合，实现全线供电保护迅速动作。在供电网络中的保护装置依据接收到的供电故障信息及地质编码，自动调整保护参数，从而快速对故障位置、线路进行判定，有选择性的切除供电线路，确保其他供电线路正常供电，给矿井供电安全带来影响。

具体网络继电保护网络见图1，通过供电监控通信网络实现供电网络内的保护器信息共享，每个保护器根据自己位置以及接收到的故障信息选择采用后备保护或者速断保护方式，切断故障线路，防止出现越级跳闸，确保非故障区域内供电系统正常运行。例如，当发现供电网络中出现短路过流时，线路上的保护装置根据接收到的故障信息判定故障点位置，并根据保护器与故障点位置关系自动采取沿线保护方式，其他非相关的保护器不动作，避免出现越级跳闸，当保护器或者开关自身出现故障不动作时，后一级保护开关动作实现供电系统保护。

采用网络继电保护仅需要判定故障是否发生、故障类型即可做出保护快速反应，具有速度快、可靠性高等优点，整个供电网络的继电保护整定也较为简单。

采用网络继电保护时传输信息量较少、占用的传输网络资源少、反应速度快，采用矿井现有的现场总线方式即可满足井下供电电网防越级跳闸需要。

3 现场应用分析

山西某矿将网络继电保护在井下中央变电所至西翼采区变电所上的10kV供电网络6级保护开关上进行现场应用。

3.1 现场环境

在现场测试中用地表35kV变电站作为测试电源，地表35kV变电站与井下中央变电所采用10kV母线段连接，整个测试点共有中央变电所、二采区变电所、西翼变电所，共有7级保护开关的10kV供电线路参与到网络继电保护测试中，具体的供电网络线路布置见图2。

图1 网络继电保护通信网络

图2 供电网络线路布置

3.2 测试方案

将10kV下井供电线路中的15#开关、中央变电所内的所有进线开关、馈电保护开关，二采区变电所内的所有馈电开关、进线开关，西翼变电所中的馈电开关、保护开关等共计7台保护开关构成实现线路中的保护装置。在供电线路沿线开关采用网络继电保护。在西翼变电所I-2备用开关负载侧将A、C两相人为短路，从而判定直接控制I-2备用开关的保护装置能够及时、可靠动作，上一级保护开关在无逐级延迟保护时是否出现越级跳闸情况。

3.3 测试结果

在测试线路上设定的短路电流值高于测试线路保护开关保护动作整定值，短路开关，即西翼变电所I-2备用开关可以迅速跳闸，切断故障供电线路。I-2备用开关同级及上级保护开关监测短路故障，未参保护。测试的供电线路上保护开关均是按照预先设定的继电保护规程运行，将网络继电保护应用到测试供电网络中2a以来，网络继电保护可以可靠的对供电系统进行保护，未发生一例越级跳闸问题。

4 总结

将网络继电保护应用到矿井供电网络保护中，地面监控中心可以对井下供电网络中的供电设备监控管理。在矿井投入使用2a以来，矿井供电系统未再发生越级跳闸问题，有效提升矿井供电质量，表明采用网络继电保护可以有效避免矿井供电系统越级跳闸。