煤矿供电系统防越级跳闸系统设计与应用研究.pdf

煤矿供电系统防越级跳闸系统设计与应用研究蔡成宇，刘念静，张庆龙，田甜（枣庄矿业集团田新安煤业有限公司，山东济宁2 7 2 10 0）摘要：煤矿井下电网的安全非常重要，为避免电网出现故障，需要设计电气保护系统。本文探讨电气保护系统的工作原理和结构,并将其与传统的电气保护系统比较。最后,采用实验证明电气保护系统的可靠性。关键词：井下电网；电气保护系统防越级跳闸；闭锁中图分类号：F406.3;TD611电力系统的稳定性与可靠性对于保障煤炭开采的顺利进行至关重要。煤矿井下狭窄的巷道空气潮湿，大量设备和电缆时常被拖拽，这种恶劣的环境使得电气设备和电缆发生短路事故时有发生。越级断路会给井下的电力供应造成极大损害，也会给生产带来极大的损失，甚至有可能引发毁灭性后果，威胁着矿山的安全。有效处理煤矿井下供电系统中出现的过度断开现象，是保障煤矿安全生产的关键，意义重大。1造成井下高压电网越级跳闸的原因1.1线路保护措施不当煤矿井下的恶劣环境，使得输电线路的安全防护变得极为困难，尤其是在煤矿开采作业区域。更不利的是,输电管线必须穿越污浊的矿洞，因为施工的需要，不可避免地出现来回拖拽的现象。为了确保矿山的安全运营，输电线路的电压必须符合标准。随着高压输电线路的日益增多，加上人力、物力的作用，电缆的绝缘层受到损伤，这就给线路带来短路风险。高压输电线路的短路，跳闸风险难以避免。1.2电源开关设置不合理进行井下作业时必须使用各种电气设备，例如照明设备。这些设备被划分为不同的部分，必须定期更新。为了解决这个问题，必须大规模改造电源开关的端口。虽然现在煤矿井下的电源开关大多具备了高压防爆的功能，但是由于其复杂的结构和操作过程,很难确保其完整性，这就给一些特殊的开关设备带来了极大的安全隐患，甚至会造成严重的后果。例如，常见的开关设备通常包含继电保护和高压防爆开关。尽管有些开关设备可能会被随机采用，但其无法满足标准化要求，也无法提供防爆或继电保护功能，因此无法满足高压输电线路的安全保护需求。由于越级跳闸的可能性极小,因此很容易实现。除此之外,井下环境的潮湿16文献标识码：B文章编号：10 0 8-0 155(2 0 2 3)10-0 0 16-0 3和杂乱会严重影响开关的灵活性,降低使用效率。井下和上的开关操作速度不一致，导致系统的稳定性受到了影响。加上井下防爆开关运行缓慢，会使井上防爆开关无法及时响应。1.3电流短路速断保护失效通过对供电线路的实时监控，能够迅速采取有效措施确保设备的安全运行。一般而言，由于井下输电线路的短路电流有很大的变化,继电保护的应用范围扩大。如果出现短路，应立即采取有效的上下级断路保护措施，以最大限度地减少危险发生，确保井下电路的安全运行。虽然传统的井下线路布置方法大多是以短距离的多分段式为主，但是由于其两端的短路电流较小，而且为了确保安全，必须进行有效的继电保护，这就导致了速断保护的可靠性受到了一定影响。简而言之，在短路状态下，由于双方的电流相差不大，导致双方的速断保护反应时间非常短，甚至出现了上级速断保护优于下级的情况，即出现了越级跳闸。设计远程多段输电系统，若线路的横截面较大，会增加短路电流，进而降低上下级速断保护的灵活性，甚至会出现越级跳闸的情况。2防越级跳闸技术应用原理分析2.1电流差动原理电流差动保护是一种基于电流流动原理的保护方式,其可以有效地阻止电流流过一个完整电路,并且保证电流的平稳流动。电流差动保护方式的特点是，可以有效地阻止电流流过特定的电路，并且保证电流的平稳流动。电流差动保护的原理比较简单，在防止电流过大的情况下，可以有效地保持电流的平稳流动，避免电流过大的情况发生。然而，当采用特定的保护通道时，电流差动保护方式就仅适用于少数电流流过的电路，因此保护效果不够理想。由于多进线的保护协调存在缺陷，导致多层次之间的电流变化变得极其复杂，这也大大增加了实现电流变化的成本。电流差动保护结构图如图1所示。区外TA饱和IaldzIaKIres多端线路分相差动保护判据图1电流差动保护结构图2.2集中保护原理为了防止越级跳闸，应采用集中式保护方式。因为这种方法可以统一保护煤矿井下的电路，并且可以提高保护的效果。为了达成此目标，我们应利用数字化变电站技术，并利用传输接口将数据实时转换成可用的信息。使用先进的技术安装高效的防护设备，可以实现快速的数据变换和精确的故障诊断。相比集中式防护，使用专门的传输通道可以降低运行成本。但是，采用集中式保护原理，可以有效防止越级跳闸，并且可以通过统一的保护方案降低越级跳闸的概率。2.3系统判别原理通过采用系统判别原理，可以有效防止越级跳闸现象的发生，将防越级跳闸保护措施落实到供电系统内部,有效地解决短路等故障。这种原理可以用来检测电流在短路网络中的变化,并向监控系统提交信息，以确定是否存在故障。如果存在，系统则会向相邻的开关发送指令，导致跳闸。采用电力监控系统，可以有效地降低成本，并且可以实现准确判断。尽管0 s（或小于3 5ms）的断电保护技术具有一定的优势，但由于实时性限制，仍然无法满足现行继电保护标准和规程的要求,待进一步改进。2.4总线通信原理防止越级跳闸的技术原理主要有总线通信，其可以使用节点之间的故障信息交换，从而分析出当前系统的动态反应，并根据这些信息确定跳闸的优先级。虽然跳闸的目的是为了保护电力系统，但其也会给煤矿、地面变电站等供电设施带来不可忽视的危险。因为当前的开关跳闸只会切断当前系统的电源，而不会影响整个系统的正常运行。如果跳闸，那么就会导致上层网络中的电力被切断，进而导致整个区域的电力混乱。采用总线通信技术的实现成本虽然相对较低，但是由于其传输速度有限，容易出现多个节点之间的竞争，而且在工业环境中容易受到外界的影响,无法确保通信可靠性。3防越级跳闸关键技术为了确保煤矿供电系统的安全运行，我们应该采取多种措施，如实行电气闭锁、实行分布式集中控制、建立基于全网数据共享的数字化变电站以及其他预防&分相差动保护跳闸&和管理措施。3.1电气闭锁防越级跳闸技术电气闭锁防越级跳闸技术在防止煤矿供电系统电气控制跳闸故障方面具有显著的优势，但是由于实际应用中存在一定的局限性，其预防和控制效果并不能达到理想水平。由于煤炭行业的快速发展，煤矿的供电条件日益恶化，并且很容易受到外部因素的干扰。因此，由于电缆电气闭锁信号的远程传输难以得到有效保障，导致该技术在预防和控制煤矿供电系统越级跳闸故障方面出现误跳或拒动的情况，降低其应用效果。由于采用电气闭锁防越级跳闸的方法，不仅需要精确控制复杂的电缆线路，而且必须精确控制各电缆之间的联结。因此,在煤矿供电系统的防越级跳闸实践中，电气闭锁防越级跳闸技术的应用将变得极其困难。在电力变电站的日常使用中,通常会使用双路电源线路。这样，不管是在日常的工作和维护过程中，都能够通过将2 条线路串联或并联来控制开关。由于电气闭锁系统缺乏完善的自检信息，将导致与电缆线路的连接和实际的设计逻辑变得复杂，这不仅增加了施工难度，而且使得在煤矿供电系统中越级跳闸故障的预防和控制上变得更加困难。因为闭锁器或电缆线路在正常运行中出现故障时，很难及时发现并加以处理，影响了系统的安全性和可靠性。由于电缆线路检修与维护的复杂性，这种技术在煤矿矿井的实际应用中无法及时阻止供电系统越级跳闸，给安全带来了潜在的风险。3.2煤矿集中控制中的防越级跳闸技术为了有效防止和控制煤矿供电系统中的越级跳闸故障,分站集中控制技术也得到了一定的应用。其中，分站设备是分站集中控制技术重要组成部分，最少需要安装1台，而且必须与煤矿开采区域内的其他防越级跳闸开关建立良好的通信联系，以便有效地控制煤矿供电系统中的越级跳闸问题。在矿井中,如果发现电缆线路出现短路故障，防越级跳闸开关能够及时发现并做出反应，以确保安全运行。随着时间的推移,危险信号会被及时传输至各个分站，当它们接收到这些信息时，就可以根据设定的供电网络关系，并向其发出相应的控制指令，以便让最近的开关自动断路,避免供电系统出现的安全隐患。当通信出现故障时，由于无法及时识别和控制故障源，分站可能会导致煤矿供电系统的安全受到严重威胁。防越级跳闸技术如图2 所示。17开始采集电压、电流采样数据预处理是否含零序分量N自适应电流保护启动图2 防越级跳闸技术3.3变电站防越级跳闸技术随着科技的进步，基于全网数据共享的数字化变电站越级跳闸技术已经被许多煤矿所采用，然而，其实际应用效果却远远不及预期。为了确保煤矿供电系统的安全运行，光纤数字通信接口的作用变得至关重要，其能够将煤矿井下各种电气设备的电气信号实时传输至数字化变电站，进一步加强对越级跳闸的监测，确保煤矿供电系统的稳定运行，从而满足用户的需求。采用数字化变电站合并单元的方式，能够大幅度提升单元结构的效率。由于高开保护器是煤矿井下作业的关键部件,因此,在设计、安装、维护等方面，应与其他继电保护装置进行有效对比，以保证高开保护器的安全性、可靠性和可操作性,并实现最优的控制效果。通过这种方式，可以确保高开保护器的性能和质量。数字化变电站是利用最新技术（如智能传感器和高速通信网络)提高电力系统效率的新型变电站，其可以有效减少变电站内部电缆线路的数量，提高电力系统的可靠性和安全性2 。因此,该技术在预防和控制越级跳闸中的作用并不明显。4防越级跳闸技术的应用分析4.1运用常规电力设备解决越级跳闸问题随着技术的发展，许多新型的电力监测系统已经被广泛用于煤矿的日常管理和检测。这些系统能够更精确地检测和监测煤矿内部的情况，从而避免发生意外事件。此外,这些新型的电力监测系统能够更有效地检测煤矿的运营状态，有利于提高煤炭生产的效率和安全性。由于煤矿供电系统的复杂性，安装防越级跳闸设施变得极其艰巨。因此,在煤矿供电系统中，为了保护电力设备，必须维护煤矿内部的电缆线路和光纤,并将其融人内部的光纤系统中,以实现使用常规电力设备解决越级跳闸问题。4.2运用智能配网解决越级跳闸问题如果在安装煤矿的供电系统防越级跳闸装置时使用智能配网技术，那么将会大幅度提高设施的安装和Y运行效率。此外，还需要高压微机保护设备和线路，例进行对地电容辨如RS485，从原有的总线转换成RJ45（以太网），保障识，判断故障线路安全。为确保煤矿安全，防止越级跳闸，必须使用煤矿供电站内的防爆交换机。通过使用这种交换机，可以将电力安全地输送至矿井。因此，必须确保系统能得对应断路器跳闸，防止越级跳闸结束到充分的保护，以确保安全。安装时采用智能配网技术，不仅极大地提高了安装的便捷性，而且能够彻底消除越级跳闸的问题。4.3运用集成保护解决越级跳闸问题通过全面采样和分析煤矿内部设备产生的电压电流数据，将电子信息输入地面保护设备，可以实时监控煤矿工作及其相关设备的运行状况，这样可以有效防止由于电力波动而导致出现越级跳闸现象，确保煤矿安全运行3 5结语“越级跳闸”现象的出现，严重威胁我国煤矿作业的安全性。多年来，由于供电系统的缺陷，“越级跳闸”这一问题仍未得到有效解决。经过系统的调查、分析以及深入的研究，我们发现当前煤矿供电领域存在诸多挑战，提出一系列实用解决方案。为了确保煤炭行业的长期发展,我们应将其与当前的科学技术、管理手段有机融合。通过运用实践，推动相关技术的不断改进和发展。参考文献：1封平安，赵亦辉，田江伟.基于PLC的双路CAN在采煤机通信系统中的应用J.煤矿机械，2 0 17,3 8（0 4）：165-166.2胡志伟，陶鑫.WinCC与S7-300PLC在煤矿带式输送机中部采制样系统中的应用J.煤矿机电,2 0 17(0 5：56-6 0.3张文发，丁金龙，全燕翔.基于开关磁阻调速电动机的矿用智能局部通风系统J.煤矿机电，2 0 11(0 6)：51-54.作者简介：蔡成宇（19 8 9-），男，山东枣庄人，本科，工程师，研究方向：矿山机电。18