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[摘要] 煤矿井下高压供电网络的主要负荷一般集中在配电线路末端，当前矿井配电网络的优化方案仍不够完善，针对这一现象，本文结合图论重新规划了煤矿井下高压供电网络，依据高压供电网络区域的选择性联锁保护的基本结构和原理，提出了高压供电网络优化方案。该方案使用了网络化技术，将一个智能控制模块安装到原有的矿用开关上，从而与原有速断保护装置配合工作。借此实现高压供电网络闭锁保护以及保护上下级信息共享，借助开关智能控制器的综合控制，达到煤矿井下高压供电线路的闭锁保护，从本质上解决煤矿井下高压供电系统中存在的越级跳闸问题。
[关键词] 矿井 高压供电网络 区域选择性联锁 短路保护 保护配置策略
中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：
1 煤矿井下高压供电网络中存在的问题
在我国煤矿企业安全生产事故中，由矿井供电直接或者间接引发的安全事故不断呈现上升趋势[1]。据相关资料显示，煤尘爆炸与瓦斯等严重危害煤矿的安全事故中，有2/3以上与矿井供电系统问题有关[2]。
煤矿企业安全生产对煤矿井下供电工作提出了较高要求，要求100%安全生产和安全生产零事故[3，4]。当前，多数煤矿企业建矿较早，且多次更新井下采煤设备，由于采矿工作面过度延伸，造成了高压供电网络过多分级，导致了矿井下高压供电系统多发短路现象，继电保护出现越过多级、拒动或者误动跳闸，致使停电事故频繁发生，严重时会威胁到矿井安全生产。通过考察研究我矿井生产的实际情况，发现我矿供电系统的实际结构与煤矿井下巷道的走向和分布有一定关系，在很大程度上影响了煤矿供电系统构建[5]。本文结合图论，统一规划了矿井下的高压供电网络，通过使用网络通讯技术实现煤矿矿井高压供电网络继电保护信息的一致共享，通过开关智能控制器的统一控制及综合判断，实现了煤矿井下供电线路继电之间的保护闭锁，从本质上解决煤矿井下高压供电系统中存在的越级跳闸问题。
2 图论在矿井供电网络中的应用
图论是一种运筹学分支，近年来得到了广泛应用，可以使用图论方法解决电力系统的状态估计、可靠性分析及规划等问题。通常情况下，图论研究抽象图形可以用施工流程、运输系统或者电气图形等形式表示。当前，电力系统设计规划中较多应用的是最小费用流问题、最大流问题、最短路径问题等[6]。
本文结合图论，针对煤矿井井下高压供电网络系统提出了安全可行的网络化供电系统保护策略。主要介绍如下：
⑴在煤矿井下供电系统中使用网络优化技术，实现了多级继电保护装置间的联锁保护；⑵采用矿井供电网络优化与保护配置相互结合的供电线路级数设计策略，尽量将煤矿井下供电线路级数减少到最低；⑶减小供电系统回路中出现的低压误动：通过改变欠电压释保护放回路的低压动作值来实现；⑷以保障选择性为前提，尽可能缩短各保护间的时间级差，即改变过负荷保护、无时限电流速断和限时电流速断间的时间级差，将0. 5s改成100～300ms[7]。
3 智能控制模块的工作原理及构成
本文中所述智能控制模块由光纤耦合器、光纤通信元件及单片机等主要元件构成。其中，单片机成功输入、输出各种信号，通过分析各种信号，发出跳闸或者自锁信号。信号转换工作由光纤耦合器和光纤通信元件共同完成，且网络通信在上、下级之间进行。跳闸信号或系统故障信号的开合都可以由单片机系统的控制开关（I/O）装置的分励线圈回路控制，借此实现跳闸操作。
4 煤矿井下高压供电网络区域的选择性联锁保护
煤矿井下高压供电网络的三级区域选择性保护联锁的基本结构如图2所示，即将一个智能控制模块安装在原有开关装置上，使之配合原有继电保护装置当中的电流速断保护工作，以顺利实现区域选择性的联锁保护。原有电流速断保护的信号回路中串联有该智能控制模块，所以不会改变原有的继电保护装置功能。
图2中所示的各级继电保护装置中动作闭锁功能的原理如下：在各级继电保护装置中的电流速断保护中使用智能控制模块，并对其进行延时闭锁，在各级保护间进行可行的信息传递和通信联络，也就是在发生故障后，智能控制模块能及时接到速断保护信号，在有效延时时间内行联络闭锁通信，将各级保护间的操作时间安排好。如果故障线路上安装的保护装置未能在在规定的延时时间内接到由下级继电保护装置中智能控制模块发过来的闭锁信号，则需要将本保护装置发来的闭锁信号解除，接着由本级保护装置发出的速断保护动作来执行。而系统末端开关装置中所安装的智能控制模块无需延时闭锁。
区域选择性联锁保护优化方案发挥作用的关键是要完成煤矿井下各种智能控制模块的成功通信，对各种智能控制模块控制程序的综合性判断要依据控制模块自身及各级模块传来的信号进行，并发出跳闸或者自锁的控制信号，然后结合硬件和软件，以顺利实现煤矿井下高压供电网络区域的选择性保护联锁功能，依此来解决供电系统中存在的越级跳闸问题[8]。
由以上内容可以看出，当出现线路故障时，可以借助上下级通信信号，安排各级保护装置所具有的速断保护动作，实现保护装置的保护联锁，避免越级跳闸现象的出现以及事故扩大；三级线路可以承受的最大短路能量冲击时间是0.2s，既降低了三级线路所承受的内部应力及较重电动力，又减少了故障电流带来的冲击，因此达到了较好的保护效果[2，5]。
5 结语
综上所述，区域选择性联锁保护方案指将一个智能控制模块安装到原有的矿用开关上，从而与原有速断保护装置配合工作，借此实现
煤矿井下高压供电线路的闭锁保护。该智能控制模块在仅串联在速断保护脱扣信号回路中，不改变保护装置的传统功能。该方案既能降低短路电流对供电网络系统的影响，又能实现工作配合的完全选择性，值得将其应用于煤矿井下高压供电网络中。
参考文献
[1]刘士光. 煤矿井下高压供电系统过电压的分析与预防[J]. 科技创新导报，2013，19：23.
[2]余存泰. 一种区域选择性联锁保护装置的设计[J]. 低压电器，2011，03：18-21.
[3]王光超，史世杰，张根现，邹有明. 煤矿井下高压供电网络优化[J]. 中州煤炭，2011，06：80-81.
[4]高锋. 煤矿井下3.3 kV供电网络漏电故障保护研究[J]. 科学技术与工程，2012，29：7525-7531.
[5]卫小兵. 煤矿井下高压供电系统继电保护配置分析[J]. 科技与企业，2013，13：150.
[6]任宪友. 煤矿井上、下高压供电方式的改造[J]. 电子世界，2013，11：57.
[7]王红俭，刘鹏飞，郝世宇. 煤矿井下高压选择性漏電保护动作值整定研究[J]. 矿山机械，2010，14：33-36.
[8]何巍伟，葛亮. 区域选择性联锁提高供电系统的可靠性[J]. 电气时代，2004，01：60-61.
[关键词] 矿井 高压供电网络 区域选择性联锁 短路保护 保护配置策略
中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：
1 煤矿井下高压供电网络中存在的问题
在我国煤矿企业安全生产事故中，由矿井供电直接或者间接引发的安全事故不断呈现上升趋势[1]。据相关资料显示，煤尘爆炸与瓦斯等严重危害煤矿的安全事故中，有2/3以上与矿井供电系统问题有关[2]。
煤矿企业安全生产对煤矿井下供电工作提出了较高要求，要求100%安全生产和安全生产零事故[3，4]。当前，多数煤矿企业建矿较早，且多次更新井下采煤设备，由于采矿工作面过度延伸，造成了高压供电网络过多分级，导致了矿井下高压供电系统多发短路现象，继电保护出现越过多级、拒动或者误动跳闸，致使停电事故频繁发生，严重时会威胁到矿井安全生产。通过考察研究我矿井生产的实际情况，发现我矿供电系统的实际结构与煤矿井下巷道的走向和分布有一定关系，在很大程度上影响了煤矿供电系统构建[5]。本文结合图论，统一规划了矿井下的高压供电网络，通过使用网络通讯技术实现煤矿矿井高压供电网络继电保护信息的一致共享，通过开关智能控制器的统一控制及综合判断，实现了煤矿井下供电线路继电之间的保护闭锁，从本质上解决煤矿井下高压供电系统中存在的越级跳闸问题。
2 图论在矿井供电网络中的应用
图论是一种运筹学分支，近年来得到了广泛应用，可以使用图论方法解决电力系统的状态估计、可靠性分析及规划等问题。通常情况下，图论研究抽象图形可以用施工流程、运输系统或者电气图形等形式表示。当前，电力系统设计规划中较多应用的是最小费用流问题、最大流问题、最短路径问题等[6]。
本文结合图论，针对煤矿井井下高压供电网络系统提出了安全可行的网络化供电系统保护策略。主要介绍如下：
⑴在煤矿井下供电系统中使用网络优化技术，实现了多级继电保护装置间的联锁保护；⑵采用矿井供电网络优化与保护配置相互结合的供电线路级数设计策略，尽量将煤矿井下供电线路级数减少到最低；⑶减小供电系统回路中出现的低压误动：通过改变欠电压释保护放回路的低压动作值来实现；⑷以保障选择性为前提，尽可能缩短各保护间的时间级差，即改变过负荷保护、无时限电流速断和限时电流速断间的时间级差，将0. 5s改成100～300ms[7]。
3 智能控制模块的工作原理及构成
本文中所述智能控制模块由光纤耦合器、光纤通信元件及单片机等主要元件构成。其中，单片机成功输入、输出各种信号，通过分析各种信号，发出跳闸或者自锁信号。信号转换工作由光纤耦合器和光纤通信元件共同完成，且网络通信在上、下级之间进行。跳闸信号或系统故障信号的开合都可以由单片机系统的控制开关（I/O）装置的分励线圈回路控制，借此实现跳闸操作。
4 煤矿井下高压供电网络区域的选择性联锁保护
煤矿井下高压供电网络的三级区域选择性保护联锁的基本结构如图2所示，即将一个智能控制模块安装在原有开关装置上，使之配合原有继电保护装置当中的电流速断保护工作，以顺利实现区域选择性的联锁保护。原有电流速断保护的信号回路中串联有该智能控制模块，所以不会改变原有的继电保护装置功能。
图2中所示的各级继电保护装置中动作闭锁功能的原理如下：在各级继电保护装置中的电流速断保护中使用智能控制模块，并对其进行延时闭锁，在各级保护间进行可行的信息传递和通信联络，也就是在发生故障后，智能控制模块能及时接到速断保护信号，在有效延时时间内行联络闭锁通信，将各级保护间的操作时间安排好。如果故障线路上安装的保护装置未能在在规定的延时时间内接到由下级继电保护装置中智能控制模块发过来的闭锁信号，则需要将本保护装置发来的闭锁信号解除，接着由本级保护装置发出的速断保护动作来执行。而系统末端开关装置中所安装的智能控制模块无需延时闭锁。
区域选择性联锁保护优化方案发挥作用的关键是要完成煤矿井下各种智能控制模块的成功通信，对各种智能控制模块控制程序的综合性判断要依据控制模块自身及各级模块传来的信号进行，并发出跳闸或者自锁的控制信号，然后结合硬件和软件，以顺利实现煤矿井下高压供电网络区域的选择性保护联锁功能，依此来解决供电系统中存在的越级跳闸问题[8]。
由以上内容可以看出，当出现线路故障时，可以借助上下级通信信号，安排各级保护装置所具有的速断保护动作，实现保护装置的保护联锁，避免越级跳闸现象的出现以及事故扩大；三级线路可以承受的最大短路能量冲击时间是0.2s，既降低了三级线路所承受的内部应力及较重电动力，又减少了故障电流带来的冲击，因此达到了较好的保护效果[2，5]。
5 结语
综上所述，区域选择性联锁保护方案指将一个智能控制模块安装到原有的矿用开关上，从而与原有速断保护装置配合工作，借此实现
煤矿井下高压供电线路的闭锁保护。该智能控制模块在仅串联在速断保护脱扣信号回路中，不改变保护装置的传统功能。该方案既能降低短路电流对供电网络系统的影响，又能实现工作配合的完全选择性，值得将其应用于煤矿井下高压供电网络中。
参考文献
[1]刘士光. 煤矿井下高压供电系统过电压的分析与预防[J]. 科技创新导报，2013，19：23.
[2]余存泰. 一种区域选择性联锁保护装置的设计[J]. 低压电器，2011，03：18-21.
[3]王光超，史世杰，张根现，邹有明. 煤矿井下高压供电网络优化[J]. 中州煤炭，2011，06：80-81.
[4]高锋. 煤矿井下3.3 kV供电网络漏电故障保护研究[J]. 科学技术与工程，2012，29：7525-7531.
[5]卫小兵. 煤矿井下高压供电系统继电保护配置分析[J]. 科技与企业，2013，13：150.
[6]任宪友. 煤矿井上、下高压供电方式的改造[J]. 电子世界，2013，11：57.
[7]王红俭，刘鹏飞，郝世宇. 煤矿井下高压选择性漏電保护动作值整定研究[J]. 矿山机械，2010，14：33-36.
[8]何巍伟，葛亮. 区域选择性联锁提高供电系统的可靠性[J]. 电气时代，2004，01：60-61.