井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨（通用8篇）

篇1：井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

摘要：本讲义介绍了目前煤矿井下供电系统的现状，针对井下短路故障时越级跳闸的原因进行了分析，并给出了自己认为可行的解决办法：对于短路故障的越级跳闸提出了一种将井下高压防爆开关的智能综合保护器的采样、处理、输出等冗余环节作为后备保护，加以直接的电流速断保护的改造方案。实际运表明, 经改造后的BGP 系列高压防爆开关一定程度上避免了因越级跳闸造成的大面积停电事故，减少了安全隐患, 提高了生产效率；漏电保护的改造基本上满足了漏电故障准确跳闸的要求，提高了供电的安全性和可靠性。关键词：井下供电、短路故障、越级跳闸、内容：

煤矿井下发生短路故障时，地面35/ 6 kV 变电站高压开关柜发生动作，但井下普遍使用的配有智能综合保护器的 BGP 系列高压防爆开关却不发生保护瞬动跳闸，而是在上一级电源短路保护速断跳闸后，才导致高压防爆开关失压跳闸。井下由于高压线路铺设较短，高压设备之间间隔相对不大，故障点一般距离各个高压配电点都不太远，很容易造成或者发生多级高压馈电开关同时跳闸，这各是煤矿井下电网的一个普遍弊端。因而在井下电网发生短路故障的时候频繁出现越级跳闸。（同时，井下供电系统发生漏电故障时漏电保护因不能准确地判断故障线路，也可以造成高压防爆开关误动或拒动等现象）。由于越级停电跳闸影响范围大，给故障的查找和供电的恢复带来麻

烦，直接影响安全生产。为此，深入分析越级跳闸保护机理, 对煤矿井下连续供电、确保安全生产具有十分重要的意义。

1、煤矿井下电网越级跳闸的原因及分析 1.1 煤矿井下电网越级跳闸的原因

煤矿井下目前使用的高压防爆开关在选型上没有与地面变电所的供电设备合理配套, 特别是没有合理地整定保护器的配合。由于煤矿井下供电的特殊性, 即速断保护的无时限特性, 更给保护器的选用和整定带来了技术难题：目前国内的短路保护要求动作时间小于 0.2 s，也就是直接向煤矿井下供电的最上一级开关的短路保护动作时间为0.2 s, 在如此短的时间内实现保护器时间上的配合, 无论在理论上还是在现有设备的制作水平上都很难实现。1.2 煤矿井下电网越级跳闸的分析

煤矿井下目前使用的高压防爆开关动作时间=保护器动作时间+ 高压防爆开关固有动作时间。保护器动作时间 = 保护采样时间 + 单片机处理时间 + 继电器输出时间= 0.04 + 1/∞+ 0.02=0.06(s)高压防爆开关固有动作时间= 24 V 跳闸电磁铁的动作时间+跳闸机构动作时间+真空断路器动作时间= 0.08+ 0.1+ 8/(1 000×1)= 0.188(s)当发生短路时总的速断动作时间为保护动作时间 = 保护器动作时间 + 高压防爆开关动作时间 = 0.06+ 0.188= 0.248(s)就开关和保护器本身来讲，动作时间均满足要求，但当开关和保护器一起配套使用时，保护动作时间却大于0.2 s，即0.248 s。

目前，煤矿地面向井下供电的最上一级高压开关柜总的速断动作

时间一般都要小于0.2 s。

由于煤矿地面的高压开关柜和井下的高压防爆开关在一起配套使用，当井下发生短路故障时，地面的高压开关柜动作快于井下的高压防爆开关，因而造成煤矿井下越级跳闸现象。

2、煤矿井下电网越级跳闸的解决方法

高压供电速断越级跳闸的解决方法

(1)如果能对BGP系列高压防爆开关动作时间进行改造，缩短保护动作时间，将井下高压防爆开关的智能综合保护器的采样、处理、输出等冗余环节作为后备保护，加以直接的电流速断保护，电流继电器采用比原有保护装置动作时间更快的电流继电器，尝试的改造如下：即将高压防爆开关原电流互感器 2K1、2K2 去电流源部分不用，新增加2个DL-32 型电流继电器作为短路保护的主保护，原高压防爆开关短路保护作为后备保护。改造后的BGP 系列高压防爆开关原理如图1所示。

(a)采样部分原理图

(b)控制部分原理图

图1 改造后的BGP 系列高压防爆开关原理图

改造后的BGP 系列高压防爆开关由于短路保护直接作用于电流继电器，缩短了开关短路保护速断的跳闸时间，增大了井下高压防爆开关的动作几率, 大大减少了越级跳闸的几率。

(2)完善保护整定：优化煤矿地面与井下的配合方案，在满足保护可靠系数的条件下，地面可适当放大速断保护定值，同时尽量缩小过流保护时限定值，使入井回路电缆采取保护实现分段保护，在满足设备运行的前提下，井下尽量缩小速断保护定值，并且保证保护配合不存在死区，逐级的保护整定按实际情况进行降级整定，正确的整定是预防越级跳闸的领一各有效手段。

3、结语

本文主要分析了煤矿井下发生短路越级跳闸的原因，并提出了个人理解的两个解决方法。但是在实际使用中，保护器的改造难度也是相当的大，操作起来也比较困难。不过现在已经有一些科研机构（济源矿用），已经研发出相对比较灵敏的保护器，如果外加串联安装这种保护装置，理论上是可以有效地预防越级跳闸，提高了供电的安全性。

篇2：井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

当煤矿井下发生电路短路故障时, 首先由地面35/6千伏特的变电站高压开关柜启动应急措施, 但由于此时井下的配套系统BGP系列高压防暴开关不能采取相应的应急措施, 而是等到上一级电源因短路而发生自动保护性跳闸, 最终使得高压防暴开关越级跳闸。由于越级停电跳闸对井下工作影响较大, 同时为查找故障以及修复带来诸多不变, 最终直接影响井下整个安全生产。因此, 深入探究越级跳闸的保护机理, 无论是对于井下生产还是对井下工作人员的人身安全都有着重大而深远的意义。

1、井下高压电网越级跳闸造成的危害

现阶段, 具有六千伏特的地面采区变电所, 是所有煤矿井下综采工作用电的主要来源, 由于井下综采工作环境较差, 而在生产工程中, 高压电缆一般是通过采用人为拖拽方式进行移动, 这样不仅导致设备压砸面容易破损, 还有可能造成电缆绝缘失效, 以至电流过高发生短路, 进而引起高压电网越级跳闸, 使得整个井下开采区断电, 不仅会造成井下生产终止, 还可能导致瓦斯积聚以及排水受阻, 这些隐患都会对井下工作人员的生命安全造成致命威胁, 倘若中央变电所发生电网越级跳闸事故, 甚至还会使得井下的诸多工作系统出现瘫痪情况。

2、井下高压电网越级跳闸产生的原因

(1) 开关机构设置不到位。

近年来, 随着我国煤矿产量大幅度提升, 井下电路工作负荷也随之不断增加, 因而矿井下所采用的高压防暴开关也随之更新, 但由于技术条件的限制, 对于高压防暴开关的选择, 无法真正做到井下与地面供电设备之间的完美配合。现阶段, 可以将我国煤矿采用高压防暴机关反映时间大致可以分为两个部分, 首先是继电保护装置的动作时间, 也就是通常所说的单片机处理时间、采样时间以及继电器信号输出时间。其次是固有时间, 其主要是指真空断路器的动作时间、跳闸电磁铁动作时间以及跳闸机构动作时间。在井下进行工作, 因空气流动远远比地上流动来的满, 因此井下空气非常潮湿, 这种超时非常容易使得高压防暴开关变得不灵活, 以至于当线路出现短路等故障情况时, 该高压防暴装置不能及时做出反映, 进而导致井下越级跳闸事故

(2) 井下供电线路短路电流过大。

对于供电线路较长而言, 其末端与首段间的电压差值较大, 短路电流的变化趋势非常不稳定, 因而导致继电保护范围变广;而对于供电线路较短而言, 其末端与首段拥有一致的电压, 此时短路电流稳定变化, 在对可靠系数充分考虑后, 速断保护范围将会进一步缩小。

对于矿井供电而言, 组织供电网络的大多数电缆线路都较短, 这样使得上下级的短路电流难以区别开来, 可以说是没有速断保护范围, 对于这种情况, 速断保护作用基本失效。当短路情况发生在下级电路时, 该路段的电流会瞬间变大, 导致上级与下级的保护措施同时开启, 有时上级会先下级一步, 采取保护动作, 进而发生越级跳闸。现阶段, 我国井下工作所制定的保护措施绝大多数都是微机保护, 保护工作能否正常的开展并发挥效用与短路整体的电流大小息息相关, 倘若某线路短路, 且电流强度过大, 在达到上级与下级开启保护条件后, 越级跳闸情况就会出现。

(3) 速断保护措施不科学。

过往的速断保护方式是, 以上下级反应时间差为0.5秒的阶梯配合, 换言之, 就是下级保护比上级要少0.5秒。而在通常情况下, 为了达到及时解决故障的目的, 很多工矿企业都将速断保护的时间反映限制设定在0秒。这一设置就会使得上级与下级的线路同时按照整体的设定进行动作反应。倘若利用上级与下级配合的速断保护方式, 那么则需要增强电缆在发生短路时的强制性导电能力, 同时还需要电缆具备高度绝缘、高强度防暴的特性, 这样不仅加大设备的投资成本, 还会使得系统存在较高的安全隐患。

3、防治井下高压电网越级跳闸的措施

3.1重要负荷采用独立供电或双回路供电

当前, 我国井下工作供电方式主要为多级短电缆网络, 按照煤矿的相关规程, 将变电所的排水中心泵房与各采区的排水泵房的供电线路统一实行单独双回路进行供电, 倘若在一个回路中, 有某段线路出现断电情况, 那么气压泵房线路不仅不会停止运作, 同时还会一起承担由该断路所带来的负荷。对着我国供电技术的快速发展, 现阶段, 对于井下工作越级跳闸问题的解决方式要通过设计、优化供电组合来实现。

3.2选用智能化的微机保护装置

在当前, 我国井下供电负荷的主要手段就是极负荷, 它不仅对继电保护的选择性与可靠性要求都非常高, 还需要感应事故发生的灵敏性与处理事故的及时性。倘若供电系统出现不正常情况, 继电保护必须及时对故障点进行处理, 并将其与其他运行正常网络隔开。在我国煤矿安全规程的相关条例规定, 煤矿井下的继电保护设备, 不仅要具备常规性的保护功能, 如接地, 超负荷运作等, 还应当满足矿井综合自动化管理的需求, 在实现远程控制的同时, 还需改变原有继电保护设备固定时限的缺陷, 最终使上下级线路协调保护整个供电网络。

现阶段, 针对煤矿井下电网中性点不接电供电系统而发明的ZBT-11型综合保护器, 其不仅可以对煤矿井下高压防暴开关进行及时有效的监控, 还可以将调度站以及检测站进行有效连接, 最终形成煤矿电网安全检测控制系统。在煤矿井下生产过程中, ZBT-11型综合保护器能够将生产中所使用的各种需求指标输送到数据接受中心。此外, 检测站在接收到数据中心发出的各种指令后, 采取对应措施最终实现远程控制与保护。ZBT-11型综合保护器还可以结合现有的BGP系列, 以替代传统的各种保护器, 如数码电脑保护器、型号模拟保护器等。这种优质的微机装置保护, 可以有效防止煤矿井下高压电网越级跳闸事故的发生。

4、结语

笔者对煤矿井下发生的跳闸事故根源进行深入剖析, 并提出了相应的解决方案。根据实际操作显示, 经过加强的BGP系列的高压防暴开关, 其有效降低了越级跳闸事故发生的概率, 不仅减少了工作人员井下工作的安全隐患, 还提供了整个井下的生产效率。

摘要：煤矿井下发生短路故障时, 往往会发生伴随性事故, 如高压电网越级跳闸, 不仅会造成井下断电, 还可能导致瓦斯积聚以及排水受阻, 这些隐患都会对井下工作人员的生命安全造成致命威胁, 倘若中央变电所发生电网越级跳闸事故, 甚至会使得井下所有工作系统崩溃。本文以电网越级跳闸为研究对象, 分析其产生的原因, 并以此为基础, 提出解决方案。

篇3：井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

关键字：煤矿；供电系统；越级跳闸；原因；防治措施

1.煤矿井下高压电网越级跳闸的原因

1.1开关机构配置不当

随着对煤矿开采量和开采深度的不断增加，所需机电设备相应投入使用增多，用电负荷也逐渐加大，井下所选用的防爆开关也在不断的更换，但很难做到与地上供电所的电路十分匹配的[1]。但煤矿开采环境都位于在地下深处，环境比较潮湿很容易造成高压防爆机构卡容易卡涩、不灵活，增加开关的固有动作时间，当发生短路时，地面的高压开关动作快于井下高压防爆开关从而造成越级跳闸现象。

1.2电流保护电流动作值无法配合

井下馈线线路多数有两个及以上分段负荷，节点间线路较短，电流速度保护没有规定范围，从而使节点间在电流动作值上无法配合，造成节点间的电流速断保护误动作[2]。

1.3电流保护时间极差无法配合

煤矿企业为了及时准确的切除故障一般6KV电源愦出线电流速断保护的动作时限整定为0s动作时限，这样并下各级线路的速断保护只能整定为0s的动作时限。但传统的速断保护是按照上下级0.5s的级差阶梯配合的原则制定的[3]。假如速断保护采用通过动作时限上下级互相配合的形式，需要增强电缆通过故障电流的导电能力，与此同时对电缆的绝缘和防爆性能的要求也要提升，所以需要增加对设备的投入，整个系统的安全性也会相应的降低。，

1.4大型机电在井下的工作

由于每日的生产量的压力的加大，在井下作业的电动机过多，而许多电机功率大、启动电流大，位于供电线路的末端直接启动，在启动瞬间造成馈线末端电压下降过多，会出现末端断路器的操作回路工作电源电压低于正常工作值，断路器机械动作于跳闸并关闭[4]。多台机器且是大功率的机器同时启动，造成地面线路的负荷保护启动，经延时后动作于跳闸，扩大停电事故范围

1.5电流互感器的影响

电流互感器的保护级准确率较低，且每个互感器的磁化曲线也不尽相同，断路器在发生故障时往往采用的是电磁式保护，所以在保护的整定值与动作值上会有一定的误差。从而造成上下级操作不一的情况。

2.煤矿井下高压电网越级跳闸的预防及保护措施

2.1采用独立供电或者是双回路供电

采用独立双回路供电的方式，当其中一路出现故障的时候其他的电路可以帮助其继续供电，解决了现在的高压电网采用的多级短电缆构成的供电方式所带来的不足和安全隐患。要不断的优化供电组合而不是单一的供电方式是解决跳闸的有效途径。

2.2采用网络化技术实现煤矿井下高压网络保护闭锁

通过先进的网络科学技术，把电网的实时动态与网络连接，实现高压电网络保护上下级信息共享，实时监控电网运行和操作环境，通过开关智能控制器的综合判断，当出现问题时可实现高压电保护线路的闭锁。从根本上解决高压电网越级跳闸的问题。

2.3在保证选择性的前提下缩短保护之间的时间极差

科学设定过负荷保护之间的时间配合，保护动作的快速性，实现在上一级确定过负荷线的前提下，保证其一下各级线路过负荷保护实现时间极差配合。在动作时间上，每个开关的速度与时间极差100ms-300ms过电流的保护时间极差与下一级的保护线路极差100ms-200ms，最末级的延时为100ms200ms.可以通过这个方法有效的预防高压线路越级跳闸现象。

2.4改造高压保护器

对高压保护器的改造主要是对电流实现三段保护，且保护定值可以按照不同的情况下的计算值随意改变，时间精确到毫秒级，保证到有三个及三个以上的接口可实现区域选择性的连锁保护功能。

2.5智能化的微机保护装置

智能化的保护装置具有能在问题出现时经过计算和分析及时采取应对措施的优点，这样可以避免问题的扩大。煤矿井下供电负荷多为一级负荷，需要机电保护装置具有较高的灵敏性、选择性、可靠性和速动性，及时对问题作出反应，快速采取解决措施，且对系统中出故障的位置进行快速的定位和切除，最大程度的减少故障的范围。智能化的微机保护装置它不仅有短路、过负荷、接地这些常规的保护功能，还满足了矿井综合智能化管理的要求，可实现数据的远程监测与调控以及改变以往保护装置只能固定时限的弊端，更好的实现无级调整，使上下级保护可以更好的配合[4]。被广泛使用的ZBT-11型综合保护器可对井下防爆进行监控和保护，还能够协同监控站和调度站一起构成煤矿电网保护安全检测监控系统。它可以及时把井下的各种设备的参数、工作状况以及故障等所有相关的信息发送到地面上的电力调度中心。同时也可以接受地面调度站发送的遥控定制设定和信号归复等命令，实现地下与地上的信息交流。更加保障了施工的安全，可以最大程度的防治电网越级跳闸事故的发生。

3.结束语

虽然因为市场的需求煤矿的开发力度越来越大，也有很多省份把其当做支柱产业，但在煤矿开采中出现的一些安全事故更是不容忽视，这些血的教训告诉我们要重视煤矿开采中的安全防治措施。本篇仅从高压电网越级跳闸方面做了简短的分析，还有许多问题仍需要我们去发现并找出应对措施，这样才能保证煤矿工程良好的发展。

4.参考文献

[1] 乔淑云，李德臣. 矿井高压电网防越级跳闸保护系统设计[J]. 徐州工程学院学报（自然科学版）. 2011（04）

[2] 付利民，胡海峰. 煤矿井下高压短阶梯延时选择性过流保护方案研究[J]. 山东煤炭科技. 2011（02）

[3] 邢晓东. 煤矿井下电网开关越级跳闸的原因及对策[J]. 科技创新导报. 2011（18）

[4] 刘泽民. 煤矿井下低压漏电保护使用现状分析及发展方向[J]. 中国高新技术企业. 2008（18）

篇4：井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

1 矿井存在越级跳闸的原因

随着开采的深度不断加剧, 矿井下空气潮湿、巷道狭窄, 在这种环境下, 井下的供电设备和线路接头会出现漏电和短路的情况。根据不同的井下情况, 供电线路会出现电线短路和多级变电的情况, 并且在很多段的线路没有设置保护, 这就致使很多线路末端出现故障时, 上级开关不能及时地发现, 一旦发生短路故障, 就会出现越级跳闸的情况。出现这种情况的同时, 传统的纤纵差保护不能实现真正意义上的保护。还有很多造成越级跳闸的原因, 例如失压保护时延、难以实现开关拒动、漏电保护难以实现、井下缺乏母线保护等[1]。

2 简述防短路越级跳闸系统

学者们多年来致力于煤矿供电防越级跳闸保护系统的研究, 表明防越级跳闸保护系统是基于网络数据共享的数字化变电站技术, 其中运用了大量的计算机数据处理技术和同步采样专利技术, 借鉴国内较为成功的案例采用了高速光纤通信网络技术, 改变了光纤的主保护模式, 摒弃了传统速断过流保护模式, 而使用了光纤差动保护模块, 相对于传统的线路保护模式, 这种光纤差动保护的保护模式的可靠性更高, 能在很大程度上解决煤矿供电系统广泛存在的越级跳闸问题, 从而提高煤矿井下的安全开采系数[2]。

3 防短路越级跳闸系统的应用方案

为了解决井下广泛存在的越级跳闸问题, 可以对现有的短路越级跳闸系统进行改造, 其中主要的改善方法有提高井下监控、监测的水平, 为实现井下无人监测提供条件。具体的改造方案主要是在线路安装保护装置, 首要在变电所母线配置母线差动保护, 保证了母线的安全之后, 再保证支路线路的安全, 其措施是在供电变电所之间的联络线配置双侧线路差动保护或者三端线路差动保护, 最后在负荷线路配置保护线路全长的过流速断保护。在完成保护线路工作以后, 一定要保证整个系统硬件和软件的完善, 硬件是保护线路能够正常运行的前提条件, 而软件则是保证整个系统的检测条件的基础。在完成前期准备后对整个系统及线路实行运行调试, 在调试工作正常且无任何安全隐患的基础上才能保证在生产工作中的正常运行[3]。

4 建立防越级跳闸系统的注意事项

建立防短路越级跳闸系统需要注意的问题, 第一, 所有的线路保护装置都需要满足矿井的防爆要求, 并且在铺设保护装置时, 注意采用分层和分散式的保护装置;第二, 在选择系统的通讯方式和数据传输方式时要选择抗干扰性强的方式;第三为了保证井下任何环境下都能够安全可靠的工作, 要求选用的保护装置具有很高的电磁兼容性[4]。

5 结语

通过本文以上的探讨, 笔者主要探讨了煤矿供电越级跳闸的原因, 并根据原因提出了改善防短路越级跳闸系统的方法。提出了在井下开采环境复杂、恶劣和电气设备种类繁杂的情况下, 为了防止在实施开采时出现大面积停电所造成的越级跳闸现象的发生, 在线路铺设的时候一定要保证短路越级跳闸系统的高度灵敏性, 并保证系统的数据传输速度, 为今后的防短路越级跳闸系统安全性奠定基础。

参考文献

[1]郭益督, 等.基于交换式以太网的井下供电防越级跳闸系统研究[D].河南理工大学, 2011.

[2]刘坤, 等.基于CAN多机通信的防越级跳闸系统研究与设计[D].河南理工大学, 2012.

[3]张文瑞, 等.新型煤矿供电网防越级跳闸保护系统研究与应用[J].电子世界, 2013, 04 (12) :40-41.

篇5：井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

[关键词]煤矿；井下供电系统；越级跳闸

在煤矿井下供电系统中，由于其运行环境较为恶劣、影响因素较多，供电事故时有发生，除了自然气象因素（如雷击、输电线路倒杆等）外，还存在配用电电气设备制造上的缺陷、选型设计和安装调试不当、检修质量不高、以及运行维护措施不到位等引起。在煤矿井下供电系统中，除了需要结合井下供电负荷要求采取相应技术措施消除或减少供电事故发生外，还需要借助先进的测控保护技术措施和装备，尽可能在最短时间内将故障设备或线路从整个煤矿井下供电系统中有效切除，确保非故障性电气设备或线路部分能够高效稳定的运行，缩小事故影响范围，提高供电经济效益。但从大量实际煤矿井下供电系统运行维护经验可知，由于井下供电系统特殊原因，往往会导致供电系统继电保护装置出现“拒动”、“误动”等不利工况，进而引发供电越级跳闸事故，不仅影响保护设备功能的正常发挥，同时还可能导致事故的进一步扩大，引起更为严重的供电事故。因此，对煤矿井供电越级跳闸原因进行归纳总结后，有针对性的采取相关处理措施有效提高井下供电系统运行可靠性，就显得非常有工程实践应用研究意义。

1、煤矿井下供配电系统越级跳闸主要原因

从大量工程实践经验可知，煤矿井下供电系统发生越级跳闸的原因不仅仅是单纯短路故障或保护装置失效引起上级开关跳闸问题，其还保护继电保护方式、开关控制电源、电压波动等多个方面的原因。

1.1继电保护方式引起越级跳闸

由于煤矿井下供电系统通常属于短路径供电系统，其供电总长度大致只有1-2km左右，也就是当线路发生短路故障时，其线路首端与末端的短路电流值间相差较小，这就给保护装置保护整定动作可靠性和准确性提出了更高的要求，也就是基本不能依靠短路电流值来将故障区段从供电系统中有效排除。也就是说，电力行业常用的三段式过流保护方式在煤矿井下供电系统中，不能发挥出非常优越的保护性能，也就只能采用逐段延时跳闸的时间级差整定方式，这样势必会造成供电系统发生过流时开关同时启动保护跳闸动作，出现上级开关越级跳闸问题。另外，现有供电系统中常用的纵差保护方式，通常适用于长距离输电线路的短路保护，而煤矿井下供电系统不仅需要保护总降压变电所电源线路不发生越级跳闸问题，同时还需要当支路发生短路故障后，能够有选择性跳分支开关，避免总开关出现越级跳闸问题，造成其他非故障分支线路发生停电事故。也就是说常规纵差保护方式不适用于煤矿井下供电系统一条进线多支路的短距离过流保护作用，也就不能确保分支线路发生短路故障后配电总开关不发生越级跳闸问题, 纵差保护应用范围和保护功能较为有限。

1.2开关控制电源引起越级跳闸

由于煤矿井下供电系统中存在谐波、电压波动、瞬间失压、电涌、三相不平衡等不利工况。供电系统在这种恶劣的运行环境中，其控制和保护装置自身的开关控制电源很容易出现故障问题，从而造成分支线路发生短路故障后，控制和保护装置开关控制电源不能按照设计要求正常动作，进而引起保护控制装置发生“拒动”或“误动”问题，引起设备发生越级跳闸问题。

1.3失压引起越级跳闸

为了提高煤矿井下供电系统供电可靠性，煤矿供电系统中高低压开关均设有对应的失压脱扣器，也就是当失压脱扣器运行电压高于额定电压85%时，其可以有效吸合动作；而当工作电压持续保持高于额定电压65%时，可以保持吸合工况，低于35%时，则能可靠分断。也就是说失压脱扣器工作电压在35%-65%范围时，是一个不可靠动作工作段，同时失压脱扣器是一个机械速断动作机构，没有设置对应延时动作控制回路。如果此时，煤矿井下供电系统中发生瞬时短路后，导致工作低压低于额定电压的65%时，则失压脱扣器会瞬间动作保护，要明显先于设置了延时过流保护动作，这样就会供电系统中过流延时保护设置出现功能失效问题，引起煤矿井下供电系统中出现开关无序越级跳闸，大大影响井下供电安全可靠性。

1.4漏电装置保护选择性较差引起越级跳闸

为了防止或减少煤矿井下供电系统接地造成严重灾害事故发生，在《煤矿安全规程》中明确规定煤矿井下高压供配电网，必须采取相应技术措施限制单相接地电容电流在20A以内的范围。由于煤矿井下供电系统复杂结构，装设补偿装置进行故障选型的准确定位非常困难，而常用的功率方向性选择保护可能由于谐波、电气干扰等造成漏电保护功能失效或误动，从而造成供电系统发生漏电越级跳闸问题。

2、煤矿井下供配电系统越级跳闸造成的危害

煤矿井下供配电系统发生越级跳闸问题，会影响整个采区作业面的正常安全用电。若越级扩大到采区变电所，则将会引起整个采区作业面内的配用电设备发生大面积停电事故，不仅会影响采区作业面上的正常稳定生产，同时还会影响井下各级风井和水泵等电机拖动系统的正常供电，导致瓦斯井下短时间内大量积聚和排水緩慢，直接威胁到井下作业人员的人身财产安全。如果越级跳闸问题发生在井下中央变电所，则将会引起整个煤矿井下供电系统发生严重瘫痪，造成大量的停电经济损失，矿井安全性能大大降低。

3、煤矿井下供电系统越级跳闸处理技术措施

对于关系到煤矿井下安全生产作业的供电线路，应严格按照《煤矿安全规程》（2009）第四百四十二条中的规定，实行独立双回路供电方式，即当其中任一回路出现停止故障后，其余非故障回路可以继续为特殊负荷提供电能，确保井下供电安全。在保护装置选型设计过程中，其保护和动作性能要可靠及时，并要设置准确的下限参数。为了增强保护开关动作的选择性，应在上级开关中设置上限参数，这样完善的开关动作搭配，可以有效避免井下供电系统越级跳闸问题发生，提高供电系统控制保护开关动作可靠性和选择性。合理按照上下限动作保护参数选择保护控制开关，并选择带有实时通讯功能的保护器，以便井下供电系统运行人员在工作站就能实时观察和记录各级开关的动作运行参数情况，这样既可以保证在发生短路故障后，保护控制开关能够有序可靠性动作，同时又能提高保护开关动作的灵敏性和选择性。

参考文献

[1]吴文瑕,井下电网越级跳闸的研究及解决建议[J].工矿自动化, 2008 (12): 136-138.

篇6：井下电网短路越级跳闸的原因分析和探讨

在煤矿的日常运营中, 供电系统属于基本构件。 当采煤的工作面不断向地底延伸时, 供电系统也会逐渐改变, 主要使用的是纵向、多层次的垂直供电, 通常情况下都会采用3~4级的电网工作。按照国内煤矿实际情况来讲, 目前的方法受到了相关部门以及《煤矿安全规程》的限制, 导致无法顺利实施, 一旦井下出现了电路短路, 往往就会使多级开关同时跳闸, 导致出现大面积的断电。在本次研究中, 我们主要研究了目前已有的解决办法, 然后提出了基于GOOSE闭锁原理的防止越级跳闸的最新措施, 保证煤矿供电系统的稳定性, 提高生产效率, 降低事故发生的概率。

1防越级跳闸解决方案现状

1.1光纤纵差及纵联保护

光纤纵差保护是较为常见的保护措施, 它实际上是一种间接的方法, 主要是通过光纤将电路两端的电流值和相位等输送到对端做对比, 进而判断该回路中有没有出现短路的情况, 来决定这段电路需不需要进行切除[1]。这种方法必须保证两端电路中电流信息同步化, 无形之中就提升了操作的难度, 降低了可适用性;同时, 必须保证拥有足够的光纤来传送电流, 但是按照目前的发展水平来讲, 显然不具备上述条件, 所以增加了该方法使用的难度, 也增加了煤矿供电系统的成本;除此之外, 煤矿周边环境恶劣, 导致光纤被损坏的可能性增加, 寿命大大缩短, 基本上不存在预想中的保护作用。

1.2基于数字化变电站技术的集中式保护

数字化变电站技术也是一种常用的技术手段, 它主要是将所有的模拟信息变为数字信息, 然后构建互相匹配的控制体系。采用该技术进行保护电路系统时, 必须保证要保护的元件拥有光纤数字通讯接口, 然后将所有电路中控制点的基本信息通过光纤传送到集中式保护控制器中, 然后利用该控制器找到出现故障的具体位置, 进行相关的电路操作, 将故障信息反馈给相关的控制器, 执行设定好的程序, 将断路器断开。按照上述理论完全可以找到线路中的故障, 消除越级跳闸的现象[2]。虽然按照理论来讲, 这种方法比较合理和高效, 但是考虑到国内的实际情况, 会发现两者之间存在较大的差距, 并不满足国内煤矿的实际情况。所以, 要想将这种理论真正地应用到实际的操作中, 还需要我们不断研究和完善, 尽可能地简化操作步骤, 降低操作的难度。

1.3基于CAN网的选择性短路保护

基于CAN网的选择性短路保护属于控制越级跳闸现象有效手段之一, 它的本质是将保护控制器安装到供电系统中, 通过该控制器将供电系统中的信息完整的收集起来, 并且根据上下级的从属关系构建不同级别的优先级, 标准就是越远离电源, 优先级越高, 如果电路中出现了故障, 就会利用CAN网将故障信息传递给逻辑控制器, 然后该控制器就会依据接受到的信号优先度来进行判断, 并且向优先级最大的控制器做出指令, 从而避免出现越级跳闸的现象。

在具体的应用中, 不仅仅操作难度大, 而且运营需要的成本也大;该方案首先需要将故障信息传递给逻辑控制器, 进行相关的认定以后, 再将信息传递给操作器, 并且过程中还要涉及到CAN通讯网络等中间环节的约束, 所以反应时间较慢, 不利于企业的安全生产。

2基于G O O S E通讯的短路保护

按照上面描述的可知:之所以出现越级跳闸现象, 最主要的原因就是线路中的短路保护往往是同步进行的, 那么在中间的电路中就会出现电流过大的情况, 并且保护器没有主动寻找故障点的能力, 导致故障无法判断。

随着科技的发展, 近些年来出现了基于GOOSE闭锁原理的防止越级跳闸的最新措施。它满足国内煤矿的实际情况, 将相关的故障信息传递给逻辑控制器, 保护电路的安全, 尽可能地避免出现越级跳闸现象。这种措施拥有很强的优点:方便简单、实用性强、 安全可靠, 并且可以明显地降低企业的运营成本。

2.1 GOOSE特点

对于GOOSE来讲, 它的传输模式为无连接, 引用了OSI协议中的第四层, 也就是说, 将故障信息直接从应用层和表示层传递到链路层和物理层, 不仅仅节约了故障处理的时间, 而且保证了传输的质量。

它还可以通过重发机制来解决数据丢失现象, 实际操作中往往会扩大时间的间隔, 保证流量与可靠性之间的平衡。另外, 为了保证数据传输的质量, 特意带入了三大参数:次数序号、重发序号以及时间。

对于GOOSE报文, 一般采取的发送形式是多播发送, 不仅仅可以降低CPU的工作强度, 还拥有自检的功能, 防止越级跳闸现象的出现。

2.2基于GOOSE闭锁的短路保护基本原理

通过研究发现, 矿井下逐步铺设了光纤主干网, 并且将保护控制器逐渐的和监控系统连接起来, 具体的架构图如图1所示。在目前拥有设备的基础上, 引入了以太网通讯接口以及GOOSE闭锁有效时间定值, 通过这两者来处理相关的问题和故障。如果在K4点出现了短路情况, 那么上游的保护器1、2、3和4都将检测到故障电流, 满足一定的条件之后就会将GOOSE闭锁报文传递出去, 经过处理之后, 保护器1、2和3将会接收到相关的信息, 随之就会做出相关的应答。出现上述情况时, 第一个切除故障的是控制器4, 假如有效闭锁的间定值内前面三个保护器可以正常工作, 那么保护控制器3就会做出应答, 保护电路。当故障出现在其他的电路中时, 基本原理与上述一样, 可以参照上述情况进行分析。

3结语

本文提出了基于GOOSE闭锁原理的防止越级跳闸的最新措施, 整个方案安全、快捷、具有很强的实用性, 也满足我国煤矿的实际情况, 所以本次研究具有很强的现实意义。

参考文献

[1]史丽萍, 温树峰, 黄延庆.基于CAN网通讯的选择性短路保护研究[J].电力系统保护与控制, 2011, 39 (8) :139-142.

篇7：井下防越级跳闸技术的研究与应用

【关键词】越级跳闸；供电系统；综合保护装置；通信；自动化；应用

引言

随着煤炭工业的快速发展，矿井电网的规模也越来越大，各种重装备、新设备的不断投入，使矿井电网的运行环境更为复杂。因而，矿井电网的可靠运行对于井下安全、高效开采具有重要意义。由于煤矿特殊的生产环境，受矿井供电负荷增长、供电距离延伸及井下多级供电结构的特殊性等因素的影响，井下电网基本不能应用传统的三段式电流保护，而只能使用速断、过电流两段电流保护作为井下电网的主保护和后备保护，以致电网保护系统的选择性和灵敏性不能兼顾，当系统出现短路故障时，造成继电保护越级跳闸，影响井下电网的供电可靠性。越级跳闸不仅造成井下区域性的停电事故，更影响矿井各大系统的正常运行，如通风系统、运输系统等，威胁着井下的安全生产和从业人员的人身安全。因此，研究井下防越级跳闸技术对于保障矿井安全生产和提高煤炭行业效益具有重要意义。

1、越级跳闸原因分析

由于井下环境较为复杂，造成井下越级跳闸事故的因素较多，主要有继电保护方式原因、短路电流值较大、开关机构配置不当、电压波动和电气干扰等。

1.1继电保护方式原因。电力行业常用的三段式过流保护方法并不适用于煤矿供电系统，而煤矿井下使用的逐段延时跳闸的时间级差整定方法存在较多问题，该方法级数多、短路保护动作耗时较长，当发生过流事故时，开关会同时启动跳闸功能，造成上级开关越级跳闸。现有的纵差保护方法一般适用于长距离线路的短路保护，煤矿供电系统不仅需要保护变电所电源线路不发生越级跳闸，更需要在支路发生短路故障时避免总开关越级跳闸，造成其他非故障支路停电，而纵差保护不适用于煤矿供电系统一条进线多支路的情况，不能避免支路故障时总开关越级跳闸。

1.2短路电流值较大。由于煤矿供电系统的线路长度普遍较短，线路的电阻值小，出现了始端和终端电流差值较小的现象，由于上、下级的短路电流很难区分，速断保护范围基本为零，此时速断保护作用不大。当系统发生短路故障时，短路电流值超过上级开关所设设置的最大电流值会导致上、下级保护同时启动，甚至上级抢先动作而造成越级跳闸。

1.3开关机构配置不当。随着煤矿产量的不断提高和负荷的不断增加，煤矿井下所选用的高压防爆开关也在不断的更换，因此在选型上很难做到与地而变电所的供电设备合理配合。煤矿井下目前使用的高压防爆开关动作时间由两部分组成，一部分为继电保护装置的动作时间，包括采样时间、单片机的处理时间以及继电器信号输出时间；另一部分为高压防爆开关的同有动作时间，包括跳闸电磁铁的动作时间、跳闸机构动作时间和真空断路器动作时间。由于井下环境潮湿，很容易造成高压防爆开关机构卡涩、不灵活，以至于增加开关的固有动作时间，加之开关质量不佳、机构复杂、部件较多容易出现机构动作不灵敏的现象，造成当发生短路故障时，地面的高压开关柜动作快于井下的高压防爆开关，造成了井下越级跳闸现象。

1.4电压波动和电气干扰。煤矿电气设备运行环境潮湿，空间狭小，目前煤矿使用变频器、软启动器等非线性设备较多，电网中的谐波、浪涌等干扰，会通过电源和通信线路干扰保护器的工作，目前煤矿开关的保护器抗干擾和电磁兼容性设计不完善，抗干扰能力差，多数没有经过国家级的电磁兼容检验，外界干扰极易造成保护器的误动跳闸，保护器对外的干扰输出也会造成同一线路上的保护器误动跳闸，这是造成突发越级跳闸的主要原因之一。同时，由于供电系统扰动、大设备启动、雷击干扰、接地等原因都会造成供电系统瞬时电压波动，当瞬时电压波动范围低于额定电压65%，由于失压脱扣器的动作特性，系统中的开关失压保护动作跳闸，造成不确定位置的开关跳闸。

2、矿井防越级跳闸技术的应用

2.1矿井防越级跳闸技术。为了解决井下越级跳闸问题，通过综合保护装置的专用防越级跳闸通信接口及专用通信网络，采用线路光纤差动保护技术及基于网络智能识别的保护技术，解决矿井电网的继电保护越级跳闸问题。为实现试验系统的继电保护选择性动作，保护装置设计专用的防越级跳闸光纤通信接口，采用光纤差动保护和基于网络智能识别的保护技术实现继电保护的选择性动作。该防越级跳闸技术应具有高实时性，采用专用的保护通信网络传递保护故障信息，实现系统故障定位。防越级跳闸技术利用综保设备间的信息联系简单、可靠的解决常规矿井供电中普遍存在的“故障越级跳闸、操作越级跳闸、失压群跳”等严重影响供电安全的问题，通过先定位后隔离手段缩小事故情况下的停电范围。防越级跳闸的关键技术之一是矿井的防越级跳闸网络建设，安装于煤矿井下高压防爆柜中的保护终端必须具备高速光纤数据通信接口，采用光纤网络通信技术，通过上下级保护间的信息快速交互，实现故障定位，满足保护选择性及速动性要求，保护技术基于电流、时间、网络互操作等要素综合分析，实现故障定位，起到防止越级跳闸的功能，减小故障时的停电范围。在开关设备出现故障导致开关拒动时可实现逐级快速后备保护，简化保护配置，消除保护死区，电网中的所有保护装置均设置为零时限，防越级跳闸系统网络必须保证实时可靠性，不能影响保护固有性能。保护终端需配置完善的功能，在防越级跳闸网络未建成或光纤通信中断时不影响系统的安全运行。防越级跳闸网络可实时在线监视，在网络故障时通过电力监控接口实现故障报警。

2.2防越级跳闸技术展望。考虑到继电保护系统传输快速性的要求，按照数字化变电站建设网络的要求，在同一个井下变电所内保护终端与防越级通信服务器采用点对点光纤通信，变电所间的保护信息交互可以借用环网设备敷设的光缆中的备用光纤芯进行数据交互，在环网设备光缆建设时需要充分考虑系统扩展的需求。此外，防越级跳闸技术还需采用新型可靠的选择性漏电保护原理，自适应中性点不接地或者经过消弧线圈接地方式，实现漏电保护的可靠动作，解决由于漏电保护功能不可靠影响矿井电网的供电可靠性的问题；井下防爆柜采用可靠的后备电源系统，实现失压保护的准确动作，防止系统电压瞬变时出现的失压群跳现象，确保系统失压、近端故障时能可靠断开开关并完成与监控平台的信息交换。

3、结论

综合保护装置的专用防越级跳闸通信接口及专用通信网络，采用线路光纤差动保护技术及基于网络智能识别的保护技术，能在最短的时间内选择出系统内的故障，并切除故障线路，有效解决了目前煤矿常出现的越级跳闸的现象，保证了煤矿供电系统的安全性、可靠性、经济性，具有显著的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]乔淑云，李德臣.矿井高压电网防越级跳闸保护系统设计[J].徐州工程学院学报（自然科学版），2011（04）.

[2]李德臣.煤矿井下高压电网防越级跳闸装置的研究[J].煤炭技术，2012（05）.

[3]毛卫清.煤矿供电系统防越级跳闸技术应用探讨[J].煤炭工程，2013（06）.

篇8：煤矿电网越级跳闸原因的研究

关键词：煤矿供电,越级跳闸:原因分析

一、研究背景及意义

煤矿井下供电系统的馈线的主保护是传统速断过流保护, 因为井下供电系统复杂, 供电距离较远, 且短线路较多, 线路速断过流保护定值存在难以确定、无最小保护范围的问题。尤其是井下普遍存在着多级采区变电站级联的情况, 用增加时间级差实现各级线路保护的整定配合几乎是不可能实现的。无论是开关正常动作还是在拒动情况下, 线路短路时, 越级跳闸的频率都很高。从而发生大面积停电, 严重影响安全生产。总而言之越级跳闸是煤矿供电系统的长时间难以解决的难题, 传统的基于过流保护原理的微机保护在此问题上束手无策。因此, 深入研究煤矿电网越级跳闸, 对煤矿井下连续供电, 确保安全生产意义重大。

二、越级跳闸的原因分析

越级跳闸就是指当供电系统中发生故障时, 超出故障线路以外的开关处发生跳闸停电, 导致非故障线路停电, 致使扩大了故障停电影响范围。导致煤矿电网越级跳闸的原因主要有以下几点:

(1) 整定方法不合理

部分煤矿电网运行人员由于技术水平不高, 进行线路继电保护整定计算时, 一般是参照线路流过的最大负荷电流或者线路的安全电流而非短路电流, 依据现场的运行经验进行整定, 然后再根据实际的保护动作情况进行再调整, 继电保护整定形成了主观上的不断尝试与摸索的过程。甚至也存在这样的情况:由于某些原因, 部分地方电力系统供电部门只给煤矿电网提供进线保护定值, 并且不提供整定过程, 煤矿电网运行人员无从准确得到上级系统的短路参数数据, 在进行煤矿电网线路保护整定计算时, 只能依靠最大负荷电流或者与进线开关保护定值配合进行整定。

如果速断保护按照躲过最大负荷电流整定, 其整定值比按短路电流整定得的值要小得多, 一旦线路上某点发生短路故障, 该线路及沿线上级保护装置速断保护均会启动, 造成越级跳闸, 如图1所示。

图1中为按躲过最大负荷电流整定的地面变电所出线开关A处的速断保护定值, 为按照阶段式保护原理根据短路电流值整定的地面变电所出线开关A处的速度保护定值。当采用作为保护定值时, 其保护范围为地面变电所出线AD区间的线路, 当下级线路发生短路时, 短路电流值由于小, 故保护将不会启动。而如果以按照最大负荷电流整定作为地面变电所出线开关A处的保护定值, 将使该保护定值低于本段线路末端的短路电流值, 使其保护范围延伸至采区变电所出线的E点, 在AE区间任一点发生金属性短路故障, 均将造成地面变电所出线开关速断保护动作, 造成越级跳闸。该原因造成的保护越级跳闸问题, 只需用正确的方法整定即可。

(2) 系统的运行方式差异较大

系统运行方式差异较大时, 会导致系统在按大方式下线路末端三相短路电流进行保护整定后的保护定值要大于系统在小方式下线路首端的两相短路电流, 即灵敏度小于1。按煤炭安全规程规定, 井下必须装设速断保护, 为保证速断保护有一定的保护范围 (即保证灵敏度) , 速断保护可以根据灵敏度的要求进行整定。这样虽然保证了小方式下有保护范围, 但造成在大方式下短路越级的后果, 如图2所示。

由图2可以看出, 正常整定时的整定值为, 进行灵敏度校验得到保护灵敏度小于1,

参考文献

[1]邢晓东.煤矿井下电网开关越级跳闸的原因及对策[J].科技创新导报, 2011, 18:63.

[2]卢喜山.煤矿供电系统基于纵联差动保护原理的防越级跳闸技术研究[J].煤矿机械, 2011, 32 (04) :71-73.