秦卫涛

（国网能源哈密煤电有限公司，新疆 哈密 839000）

煤炭开采具有复杂性、系统性特点，大部分作业都要在井下进行，所以存在诸多安全隐患。如果控制不当，不仅会阻碍开采作业有序进行，还会对从业人员生命财产安全造成威胁。另外，新时期煤矿开采逐渐向机械化趋势发展，虽然在一定程度上提高了作业效率和质量；但由于井下条件复杂多样，阴暗潮湿，所以会对机械设备、电线电缆稳定运行造成不良影响。为了避免煤矿开采过程出现大面积停电等事故，需要煤矿企业采取针对性措施解决供电系统越级跳闸问题，确保机械设备和电线电缆安全运行，为煤矿企业有序作业奠定基础。

1 煤矿供电系统出现越级跳闸的原因

1.1 保护控制装置出现问题

保护控制装置是煤矿开采机械设备中的关键组成部分，可以为供电系统稳定运行提供保障，有利于将潜在隐患杜绝在根源处，是促进煤矿企业安全生产的关键装置，其重要性不言而喻。所以在煤矿开采作业中，需要结合实际情况合理选择保护控制装置，确保其性能满足安全生产需求，从而为供电系统安全运行奠定基础。然而，由于井下环境复杂多样，加上煤矿开采作业量较大，所以容易导致保护控制装置在温湿度等因素影响下降低性能，产生故障问题，无法充分能发挥其预警功能和保护作用，这也是造成煤矿供电系统产生越级跳闸的主要原因之一。

1.2 受到矿井内部环境的影响

煤矿开采大部分作业都需要在井下进行，上文提到，井下环境阴暗潮湿、空间狭窄、空气流动差，容易对供电系统稳定运行造成不良影响，导致电力设施运行异常，产生一系列故障问题，不仅影响井下作业有序进行，还会为作业人员生命财产安全带来威胁。另外，电力设备在运行过程中受谐波干扰会产生误操作现象，这也是引发电力系统越级跳闸的常见因素，需要电力企业给予高度重视，采取有效措施控制矿井环境。

1.3 开关控制电源出现问题

由于煤矿开采环境复杂，所以防爆开关通常不设置专用电源或者后备电源，而是直接与主电路开关电源相连接。这也导致煤矿开采过程中，一旦主电路产生故障问题，会直接影响控制防爆开关正常运行，导致保护装置工作异常，从而引发供电系统越级跳闸。

2 防越级跳闸的系统

2.1 解决方案

通过上文分析可以看出，受多种因素影响，导致供电系统越级跳闸问题时有发生，并成为困扰煤矿企业稳定发展的一大难题。现阶段，并没有很好的技术能够切实解决该问题，已经严重影响煤矿作业安全性和有序性。针对这一问题，相关专家和学者纷纷将研究重点放在构建防越级跳闸保护系统上，旨在为矿井安全作业奠定基础。

通过构建防越级跳闸系统，能够使变电站电气设备产生的信息有效传递、实时共享。同时，可以描述变电站二次功能模型和变电站系统模型，通过对站控层、过程层以及间隔层有效处理，达到站内设备科学管控目标。该系统具备以下特点：第一，能够对矿井供电系统产生的数据进行动态收集、实时共享。第二，将第三方装置与防越级系统连接在一起，可以为系统扩容提供便利。第三，系统支持光纤以太网，可以与电子互感器相互通信。第四，能够减少一次电缆、二次设备利用率，有利于降低后期维护成本。第五，系统改造简单、便捷，扩充便捷。

2.2 系统设计

在防越级跳闸系统设计过程中，采用不同单片机需要应用到不同的微机保护硬件电路。并且不同保护对象所需的硬件设备也存在差异。新时期背景下，科学技术发展日新月异，单片机和集成电路芯片发展速度也随之加快，为优化和完善硬件保护装置奠定良好基础，促进防越级跳闸系统逐渐由以往单个八位CPU系统，发展成多个八位单片机构成的保护系统。单片机具有稳定性高、集成效果好等优势，将其应用到防越级跳闸系统设计中，能够有效提高带供电系统抗干扰能力，促进电力设备安全运行。

防越级跳闸系统设计，从实质上分析，就是开发一个具备继电保护功能的系统，要想保证系统稳定运行，离不开硬件设施的支撑，包括主机系统、CPU处理器、计算机、电源、传感器等。在硬件设施运行过程中，传感器接收模拟量信号后，会传递智能节点和通信接口，而后利用地面计算机对模拟量信号进行处理，同时，向智能节点发出指令。在此基础上，智能节点会输出开关量，使系统执行相关指令，通过接通或断开计算器，完成信号处理相关工作。

众所周知，在煤矿供电系统中的线路电流增加时，所有装置都会产生电流增大的信号。通过智能节点将信号传给地面主机，利用软件系统对信号进行处理，如果处理结果显示供电系统跳闸，地面主机会将信号反馈给智能节点，而后由智能节点通知执行机构完成故障处理工作。结合系统实际运行水平来看，不仅能够对供电系统数据进行及时收集、分析和处理，还能够与地面计算机有效连接，保证通信正常。将处理后的数据按照时间顺序输入计算机系统中，能够长时间保存数据，利用CAN总线，将处理和爆出的数据传入地面计算机中，能够对数据科学管理，有利于及时判断煤矿供电系统存在的问题和隐患，有利于为煤矿企业管理电力设备、调查各种事故提供保障。

3 国内外常见的防越级跳闸技术及产品发展状况

3.1 地面通信保护法

地面通信保护是利用地面开关和监控主机保护器，达到理想通信效果。在获取开关电流信号基础上，能够对所有开关进行定值操作，如此则可以确定电力系统短路具体位置，并从监控主机发出指令，不仅能够控制短路位置的上级开关，还能够通过跳闸方式切断线路。计算机在供电系统故障判断、保持通信以及指令发送过程中需要将时间控制在合理范围内。开关保护器在20ms时间内能够迅速启动速断跳闸装置。但是，由于计算机发出指令运用的时间远远超出保护器速断跳闸时间，所以需要选择特殊保护器，将其应用到地面通信系统中，在保证通信状态稳定的情况下，可以将本地保护工作取消。如果通信状态不稳定，则需要切换本地保护功能。

3.2 运用智能配网解决越级跳闸

新时期背景下，科学技术发展迅速，将智能技术与防越级跳闸装置有机融合，能够有效提高电力设施运行安全性。众所周知，煤矿井下系统本身具备高压微机保护线路和设施设备。例如，总线S485就是煤矿井下系统中的重要组成部分，在现有基础上将该通信设备转换为以太网，同时在防越级跳闸设备所需的保护系统安装防爆交换机，能够使电能顺利接入煤矿井下电力系统中。除此之外，相对传统防越级跳闸技术而言，智能化配网不仅性能良好，而且安装维护便捷，可以从根本上解决供电系统越级跳闸问题，有利于为煤矿井下作业安全进行奠定良好基础。

3.3 运用集成保护解决越级跳闸

集成保护需要对煤矿井下作业中所有电力设备相关数据进行采集，包括电压数据、电流数据等，将这些数据输入地面保护装置中，能够为煤矿作业管理奠定良好基础。与此同时，集成保护还能够从根源上避免电力波动问题，有效降低供电系统越级跳闸问题。

4 结语

综上所述，煤矿开采过程中，由于井下环境复杂，作业管理粗放，导致电力设施在各种因素影响下产生故障，使得供电系统出现越级跳闸问题。严重时甚至会引发安全事故，对电力设备和工作人员造成不良影响。为了避免煤矿开采过程出现大面积断电问题，不仅需要做好井下电力设施监督、检查工作，还要利用现代化技术构建防越级跳闸系统，保证供电系统安全运行，为电力设施提供保护，促进井下作业安全进行，促进煤矿企业采矿作业向智能化、机械化、标准化趋势不断进步。