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摘要：随着煤炭行业的发展，我国的煤矿生产已经逐步实现了电气化。由于在煤矿井下，接地电弧能引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸，所以，当煤矿的供电系统和电气设备出现各种电气故障，或者是不正常运行时，都要及时消除。这对于今后煤炭的安全生产将有着重要的影响。本文就围绕着煤矿供电系统继电保护进行了相应的探讨。
关键词：煤矿供电系统；继电保护；故障；短路
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）43-01-01
一、概述
继电保护作为电网安全生产体系中的一个重要环节，在电力的安全生产过程中发挥着重要作用，同时也是维护电网安全运行的第一道防线，担负着保卫电网和设备安全的职责。煤矿生产对于供电系统的安全运行，尤其对快速准确切除电网故障有着很高的要求。因此，如何将一般配电线路保护整体规则及煤矿供电系统的特殊性更好的有效结合起来，对煤矿供电系统继电保护存在的问题进行深入研究，并在此基础上提出具体的优化改进方案，将会对煤矿安全生产起到更为重要的作用。
二、煤矿供电系统继电保护的基本原理
根据煤矿继电保护的任务和要求，煤矿供电系统继电保护的基本原理是利用煤矿供电系统正常运行与发生故障或不正常运行状态时，由各种物理量的差别来判断故障或异常，并通过断路器切除故障或发出告警信号。一般煤矿供电系统发生故障时，就会伴有电流增大、电压降低、电压与电流的比值（阻抗）和它们之间的相位角改变等现象。所以，应该根据发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别，构成不同原理的继电保护装置。例如，反应故障时电流增大构成电流保护；反应电压与电流比值的变化构成距离保护；反应电压降低构成低电压保护；反应电流与电压之间相角的变化构成方向保护。除此之外，根据故障时被保护设备两端电流相位和功率方向的差别，可构成差动保护；根据不对称短路故障出现的相序分量，可构成灵敏的负序和零序保护等。
三、煤矿供电系统继电保护的主要任务
煤矿供电系统在运行中可能会出现一些故障和不正常运行状态。短路故障是煤矿供电系统中最为常见的一个故障，大多为单相接地短路的故障；对于电机和变压器等大型机电设备，匝间和层间或相间短路是其主要的几个故障。如出现短路故障，那么就会造成极为严重的后果，从而使整个系统的部分电网电压下降，强大的短路电流会通过电气设备产生的热效应及电动力，使电机设备受到严重损伤，无法正常运行。短路故障造成的后果是极为严重的，同时还会伴随着强烈的电弧、发热和电动力，致使回路内的电气设备遭受损坏。长期过负荷会使设备绝缘老化，一相断线就很容易引起电动机过负荷。对于中性点不接地系统来说，一相接地可能会形成电弧接地过电压，这样其它两相对地电压也会随之升高到1.71倍相电压，两种过电压都可能引起相问短路。这一问题的存在，就会使接地电弧能引起火灾或瓦斯煤尘爆炸。所以，一旦出现故障而无法正常工作时，就要及时排除故障。因此，在供电系统及机电设备中安装继电保护装置已经成为保护系统和供电设备的主要对策。一般情况下，继电保护装置主要有以下几个任务：
1、对电力系统的运行进行监视，在被保护的电力系统元件发生故障时，该原件的继电保护装置会迅速的给离故障元件最近的断路器发生跳闸命令，这样故障元件就会及时的从电力系统中断开，防止事故扩大；当系统和设备发生的故障足以损坏设备甚至危及到电网的安全时，继电保护装置就会发挥最大限度去减少对电力系统元件本身的损坏，进而就在一定程度上降低了对电力系统安全供电的影响。
2、对电气设备的不正常工作情况能准确反应出来，同时也根据不正常工作情况及设备运行的维护条件的不同情况发出信号，给值班员做出提示，并采取有效对策解决，使设备能及时恢复到正常工作状态。此外，也可以切除那些引起事故而在继续运行的电气设备。对于反应不正常工作情况的继电保护装置允许带有一定的延时动作。
3、实现电力系统的自动化和远程操作，以及工业生产的自动控制。
四、煤矿供电系统继电保护的未来发展趋势
从目前的情况看，煤矿供电系统继电保护技术将向计算机化，网络化，保护、控制、测量和数据通信一体化的趋势发展。
1、计算机化
计算机硬件的迅猛发展，促使微机保护硬件也在不断发展。微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段，即从8位单CPU结构的微机保护问世，用了还不到5年时间就发展到多CPU结构，后来又发展到总线不出模块的大模块结构， 大大提高了性能，并得到了广泛应用和推广。
2、网络化
目前，计算机网络作为信息和数据通信工具，已成为当前信息时代的技术支柱，改变人类生产和社会生活的面貌。目前为止，除了差动保护和纵联保护外，其余所有的继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用仅限于切除故障元件，将事故的影响范围缩小。主要原因就是因缺少强有力的数据通信手段。而对一般的非系统保护来说，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置得到的系统故障信息愈多，对于判断故障性质、故障位置、故障距离越有利，也越准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能真正的做到这一点。所以，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这也是今后微机保护发展的一个必然趋势。
3、保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置的本质就是一台高性能、多功能的计算机，作为整个煤矿供电系统计算机网络上的一个智能终端。
4、智能化
众所周知，近年来人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等电力系统在各个领域都得到了广泛应用，继电保护领域的应用研究也已开始。神经网络作为一种非线性映射方法，很多难以列出方程式或难解复杂非线性问题，应用神经网络方法均可以迎刃而解。例如：输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生渡电阻短路就是一个非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置判别，从而就容易造成误动或拒动；用神经网络方法，大量故障样本训练，样本集中充分考虑了各种情况，则发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特求解复杂问题能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。通过实践所取得的初步成果，我们就可以预见，人工智能技术继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的一系列问题。
五、结束语
综上所述，文章主要是针对煤矿供电系统继电保护基本原理及主要任务方面做了系统分析，并对今后的发展趋势做了详细论述，这对煤矿生产及煤炭行业的发展有着重要意义。
六、参考文献
【1】肖敏，刘彤。试论煤矿供电系统继电保护优化方案[J]。价值工程。2013年10期第98页。
【2】张新道。对我国煤矿供电系统继电保护在张沟煤矿中应用的分析[J]。科技信息。2014年02期第116页。
【3】孙猛。矿山继电保护系统相关问题的思考[J]。硅谷。2011年22期第41页。
【4】姜晓国，韩万祥。论煤矿供电系统中继电保护装置的作用[J]。电工技术学报。2013年10期第54页。
作者简介：杨海林，男，1981，大专，山西省长治市，助理工程师，现就职于潞安集团余吾煤业公司供电科，主要从事井上下电气管理方面工作。
关键词：煤矿供电系统；继电保护；故障；短路
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）43-01-01
一、概述
继电保护作为电网安全生产体系中的一个重要环节，在电力的安全生产过程中发挥着重要作用，同时也是维护电网安全运行的第一道防线，担负着保卫电网和设备安全的职责。煤矿生产对于供电系统的安全运行，尤其对快速准确切除电网故障有着很高的要求。因此，如何将一般配电线路保护整体规则及煤矿供电系统的特殊性更好的有效结合起来，对煤矿供电系统继电保护存在的问题进行深入研究，并在此基础上提出具体的优化改进方案，将会对煤矿安全生产起到更为重要的作用。
二、煤矿供电系统继电保护的基本原理
根据煤矿继电保护的任务和要求，煤矿供电系统继电保护的基本原理是利用煤矿供电系统正常运行与发生故障或不正常运行状态时，由各种物理量的差别来判断故障或异常，并通过断路器切除故障或发出告警信号。一般煤矿供电系统发生故障时，就会伴有电流增大、电压降低、电压与电流的比值（阻抗）和它们之间的相位角改变等现象。所以，应该根据发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别，构成不同原理的继电保护装置。例如，反应故障时电流增大构成电流保护；反应电压与电流比值的变化构成距离保护；反应电压降低构成低电压保护；反应电流与电压之间相角的变化构成方向保护。除此之外，根据故障时被保护设备两端电流相位和功率方向的差别，可构成差动保护；根据不对称短路故障出现的相序分量，可构成灵敏的负序和零序保护等。
三、煤矿供电系统继电保护的主要任务
煤矿供电系统在运行中可能会出现一些故障和不正常运行状态。短路故障是煤矿供电系统中最为常见的一个故障，大多为单相接地短路的故障；对于电机和变压器等大型机电设备，匝间和层间或相间短路是其主要的几个故障。如出现短路故障，那么就会造成极为严重的后果，从而使整个系统的部分电网电压下降，强大的短路电流会通过电气设备产生的热效应及电动力，使电机设备受到严重损伤，无法正常运行。短路故障造成的后果是极为严重的，同时还会伴随着强烈的电弧、发热和电动力，致使回路内的电气设备遭受损坏。长期过负荷会使设备绝缘老化，一相断线就很容易引起电动机过负荷。对于中性点不接地系统来说，一相接地可能会形成电弧接地过电压，这样其它两相对地电压也会随之升高到1.71倍相电压，两种过电压都可能引起相问短路。这一问题的存在，就会使接地电弧能引起火灾或瓦斯煤尘爆炸。所以，一旦出现故障而无法正常工作时，就要及时排除故障。因此，在供电系统及机电设备中安装继电保护装置已经成为保护系统和供电设备的主要对策。一般情况下，继电保护装置主要有以下几个任务：
1、对电力系统的运行进行监视，在被保护的电力系统元件发生故障时，该原件的继电保护装置会迅速的给离故障元件最近的断路器发生跳闸命令，这样故障元件就会及时的从电力系统中断开，防止事故扩大；当系统和设备发生的故障足以损坏设备甚至危及到电网的安全时，继电保护装置就会发挥最大限度去减少对电力系统元件本身的损坏，进而就在一定程度上降低了对电力系统安全供电的影响。
2、对电气设备的不正常工作情况能准确反应出来，同时也根据不正常工作情况及设备运行的维护条件的不同情况发出信号，给值班员做出提示，并采取有效对策解决，使设备能及时恢复到正常工作状态。此外，也可以切除那些引起事故而在继续运行的电气设备。对于反应不正常工作情况的继电保护装置允许带有一定的延时动作。
3、实现电力系统的自动化和远程操作，以及工业生产的自动控制。
四、煤矿供电系统继电保护的未来发展趋势
从目前的情况看，煤矿供电系统继电保护技术将向计算机化，网络化，保护、控制、测量和数据通信一体化的趋势发展。
1、计算机化
计算机硬件的迅猛发展，促使微机保护硬件也在不断发展。微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段，即从8位单CPU结构的微机保护问世，用了还不到5年时间就发展到多CPU结构，后来又发展到总线不出模块的大模块结构， 大大提高了性能，并得到了广泛应用和推广。
2、网络化
目前，计算机网络作为信息和数据通信工具，已成为当前信息时代的技术支柱，改变人类生产和社会生活的面貌。目前为止，除了差动保护和纵联保护外，其余所有的继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用仅限于切除故障元件，将事故的影响范围缩小。主要原因就是因缺少强有力的数据通信手段。而对一般的非系统保护来说，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置得到的系统故障信息愈多，对于判断故障性质、故障位置、故障距离越有利，也越准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能真正的做到这一点。所以，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这也是今后微机保护发展的一个必然趋势。
3、保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置的本质就是一台高性能、多功能的计算机，作为整个煤矿供电系统计算机网络上的一个智能终端。
4、智能化
众所周知，近年来人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等电力系统在各个领域都得到了广泛应用，继电保护领域的应用研究也已开始。神经网络作为一种非线性映射方法，很多难以列出方程式或难解复杂非线性问题，应用神经网络方法均可以迎刃而解。例如：输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生渡电阻短路就是一个非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置判别，从而就容易造成误动或拒动；用神经网络方法，大量故障样本训练，样本集中充分考虑了各种情况，则发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特求解复杂问题能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。通过实践所取得的初步成果，我们就可以预见，人工智能技术继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的一系列问题。
五、结束语
综上所述，文章主要是针对煤矿供电系统继电保护基本原理及主要任务方面做了系统分析，并对今后的发展趋势做了详细论述，这对煤矿生产及煤炭行业的发展有着重要意义。
六、参考文献
【1】肖敏，刘彤。试论煤矿供电系统继电保护优化方案[J]。价值工程。2013年10期第98页。
【2】张新道。对我国煤矿供电系统继电保护在张沟煤矿中应用的分析[J]。科技信息。2014年02期第116页。
【3】孙猛。矿山继电保护系统相关问题的思考[J]。硅谷。2011年22期第41页。
【4】姜晓国，韩万祥。论煤矿供电系统中继电保护装置的作用[J]。电工技术学报。2013年10期第54页。
作者简介：杨海林，男，1981，大专，山西省长治市，助理工程师，现就职于潞安集团余吾煤业公司供电科，主要从事井上下电气管理方面工作。