引言

礦井供電系統是煤礦安全生產最基本、最主要的生產系統。隨著礦井生產的機械化發展,人們對礦井供電系統的安全性、可靠性要求越來越高。其中,越級跳閘是影響礦井供電安全性、可靠性的一個重要因素。在礦井供電系統中,越級跳閘事故會造成采區停電或地面變電所癱瘓,若不能及時排除故障,會引起礦井瓦斯積聚,威脅井下作業人員的人身安全,影響礦山的正常生產。尤其是趙家壩煤礦存在多級變電所級聯的情況,井下供電系統復雜,同時還存在柔性掩護式支架開采,柔掩工作面小眼掘進時如果遭遇停電,極易造成瓦斯積聚,引起安全事故,降低礦井安全系數。礦井管理人員要對此予以重視,分析越級跳閘的原因,為了確保礦井生產安全,杜絕人員傷亡事故的發生,必須制定可靠的防范措施。

1造成煤礦供電系統越級跳閘的原因

1.1線路短路造成跳閘

礦井生產環境較為惡劣,且為了保證開采進度,一般礦井的供電網路級數較多,電纜短,阻抗小,造成電纜在首、末兩端的短路電流數值無差異性,導致保護開關在短時間內斷路,其保護功能失效,出現越級跳閘現象。

1.2上下級開關失效

電容電流受消弧線圈補償、電纜長度以及運行方式影響,電纜在接地連接時,其上下級保護開關的選線保護功能失效,選擇功能失效,出現越級跳閘現象。

1.3開關欠壓脫扣器動作

短路故障、地面電網電壓波動等導致母線短時欠壓,在這種狀態下出現越級跳閘是因為大功率的開關欠壓脫扣器處于解鎖狀態。

1.4上級開關后備保護動作

在惡劣環境下,高壓開關跳閘機構靈敏度下降,甚至卡塞,導致高壓開關的跳閘動作不合理,上級保護開關引起后備保護動作,造成供電系統中越級跳閘現象的發生。

2獨有的"三位一體"供電防越級跳閘技術分析及應用

"三位一體"中的"三位"是指從三個方面入手,避免越級跳閘現象發生,即電纜短路防越級、電纜接地防越級、電壓波動防越級,并通過開關可靠性監測以及保護定值集中管理,避免開關拒動越級、定值不合理越級等問題,真正做到全方位防止供電越級跳閘。

供電無人值守監控與防越級監控融為一體,系統既可以獨立組網,又可以借助現有光纖環網,防越級網絡不容易被破壞,可靠性高,投資小,維護簡單,提高供電安全水平。

2.1分布式網絡保護,電纜短路防越級

網絡優先技術,即防越級網絡識別信號在網絡中優先傳輸,防越級零延時。故障定位,根據故障位置動態調整各級防越級延時,可在0.5s時延內,實現7級以上級聯線路防越級。開關可靠性在線監測,機構異常自動報警,提高開關分段可靠性。分布式網絡保護,電纜短路防越級結構如圖1所示。

2.2基于輔助信號源的漏電選線防越級

注入信號與防越級技術相結合,注入信號不受容性電流、消弧線圈等影響,井上、井下接地選線全覆蓋,選線準確率100%。自動選線時間短(<3s）,通過故障定位快速切除接地線路,防止非接地相絕緣擊穿,擴大事故影響范圍。基于輔助信號源的漏電選線防越級結構如圖2所示。

圖2基于輔助信號源的漏電選線防越級結構

2.3基于電壓波動識別技術的電壓波動防越級

通過微機保護裝置智能識別短路引起的欠電壓、瞬間電壓波動以及長時間欠壓故障,自動投入電壓波動保護,躲避電壓波動,防止欠壓釋放動作引起大面積停電。該技術可防止由于短路故障引起的母線欠電壓或地面電網電壓波動引起的大面積停電。通過電壓波動智能識別技術可以解決由于電動機群起、短路故障欠電壓、地面電網瞬時故障欠電壓引起的越級跳閘問題,提高防越級跳閘可靠性。基于電壓波動識別技術的電壓波動防越級結構如圖3所示。

2.4開關拒動定位、智能聯跳,后備保護更可靠

煤礦井下工作環境惡劣,本級保護開關的設備一旦出現故障往往導致拒動現象,造成越級跳閘。"三位一體"系統具備"網絡識別、拒動定位、智能跳閘"功能,在故障發生時,系統能夠快速進行故障排除工作,在第一時間切斷故障線路,將故障波及范圍縮小,系統能夠24h記錄報警信息。當發生停電事故影響本級開關動作而未動作,產生拒動時,該系統通過網絡識別技術迅速鎖定拒動開關在網絡中的位置后,立即啟動該拒動開關的上級開關,及時跳閘斷電,既保證了故障狀態下開關跳閘的可靠性,又防止停電范圍進一步擴大,后備保護更加可靠。"網絡識別、拒動定位、智能跳閘"防越級結構如圖4所示。

2.5光纖環網復用技術降低維護成本

光纖環網復用技術利用環網實時監控供電系統信息,不但提高了供電系統的可靠性,且因為故障風降低使得維護成本投入減少。光纖環網復用技術是基于兩層網絡協議所研發的光纖復用技術,與TCP/1P的7層網絡協議相比,優先級更高,傳輸更快(防越級信號傳輸時間<1ms）。為防止網絡堵塞,保證網絡傳輸實時性,防越級網絡應避免與視頻監控網絡共用同一芯光纖。2.6開關動作異常在線監測模塊提高開關＋構可靠性

該系統采用了針對煤礦井下常用開關動作異常在線監測模塊,在供電系統中,確保了保護開關的動作狀態能夠被模塊實時監控,在故障出現時,模塊能夠迅速報警,檢修人員能在第一時間接收到報警信息,并進行處理。其具體運行方式是當開關發生事故跳閘或進行跳閘試驗時,微機保護裝置自動記錄開關跳閘時間,當開關動作時間大于100ms時,則判定開關動作異常,并立即向系統提示告警,提醒開關跳閘異常需要更換或檢修開關的跳閘機構。

2.7井下供機系統"五遙操控"

系統可在地面實現對井下變電所內供電設備的在線監測、遠程操作控制、故障數據上傳、數據統計分析:實現供電系統"五遙操控"(遙測、遙控、遙調、遙信、遙視）,構建井下"無人

ZhuangbeiYingyongyuYanjiu◆裝備應用與研究

值守"變電所。

2.8監控系統軟件防病毒,可靠性高

windows操作系統應用普遍,流行病毒多,很容易受到黑客攻擊,安全性差。為此,該系統特采用了最安全的軍工安全級Linux操作系統的監控軟件平臺,Linux操作系統源碼開源,安全分區管理,安全級別高,病毒少,不容易被黑客攻擊:采用基于Linux操作系統的煤礦供電監控系統,對于保證煤礦供電安全具有重要意義。

2.9先進的互聯網+技術

該系統開發了手機APP,如圖5所示,手機移動監控、數據監控、報警記錄、視頻監控全覆蓋,一機在手,監控不愁:電能計量在線監測,精度誤差<1%,應用互聯網＋技術,電能報表(日報、月報、年報）云端監控,隨時隨地掌握用電成本:本監控系統平臺不只是供電監控平臺,還是礦井綜合監控一體化軟件平臺,可兼容排水自動化監控、輸煤自動化監控、壓風機監控、主扇監控等。生產自動化各個環節可方便接入軟件平臺,成本低、見效快,可實現礦井生產自動化全過程一體化監控。

3結語

"三位一體"供電防越級跳閘系統提供了國內同類廠家無法比擬的功能,并成功解決了一直困擾煤炭行業多年的難題,在國內處于領先水平。趙家壩煤礦在未投入該系統以前井下發生供電越級跳閘平均每年10余次,2018年10月該系統投入使用以后再未發生越級跳閘事故。該系統在趙家壩煤礦井下的成功應用,保證了礦井生產的供電安全,具有極高的推廣應用價值。