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[摘要]：防止井下线路越级跳闸是煤矿井下供电安全的重点也是难点，本文就煤矿井下高压电网越级跳闸原因进行分析并提供相应的解决方法。
[关键词]：煤矿 越级跳闸 原因分析 解决方法
中图分类号：TD163+.1 文献标识码：TD 文章编号：1009-914X（2012）10- 0261–01
1. 引言
现今煤矿井下高压供电系统多采用双回路供电、母联断开的运行方式，整个电网呈辐射状。随着电力系统网络的日益扩大，煤矿供电系统短路容量也随之增大，加之煤矿井下工作环境恶劣，工作面变动频繁，下井线路级数多、线路短，越级跳闸时有发生。越级跳闸事故发生时，系统大面积停电，井下瓦斯、涌水积聚，严重威胁井下工人生命安全，影响煤矿系统正常生产。防止井下线路越级跳闸是煤矿井下供电安全的重点也是难点，本文就煤矿井下高压电网越级跳闸原因进行分析并提供相应的解决方法。
2.井下高压电网越级跳闸原因分析
2.1保护装置动作不可靠
通常煤矿井下所用高爆开关不同批次为不同厂家生产，就是同一厂家生产，不同批次的开关性能上也会有较大的差异，导致井下综保装置不统一，保护性能参差不齐，当发生短路时上级线路开关先于下级线路开关动作，发生越级跳闸。
2.2整定方法不合理
煤矿电网线路保护通常采用电流三段式保护，现场技术人员一般根据经验按照线路所带负荷最大工作电流的3～5倍整定地面变电站下井馈出线的保护定值，井下线路根据此保护定值依级减小定值作为下级线路的保护定值，这样的整定值偏小，会出现井下线路短路时沿线开关均动作的情况，发生越级跳闸。
2.3供电线路短或短路容量大
煤矿井下供电短线路较多：有的下井线路仅有100-500m；井下变电所总柜和分柜只有15-20m；采区变电所到配电点仅有50-500m 。此外，随着电力系统网络的日益扩大，煤矿供电系统短路容量也随之增大，这都将导致线路首尾两端短路电流相差不大，继电保护整定区分困难，越级跳闸在所难免。
2.4 CT配置不当
随着煤矿供电系统短路容量的日益增大，井下线路短路电流也越来越大，超过保护装置CT的测量范围，影响井下保护装置的正常动作。文献[1]、[2]对实际运行过程中出现过线路短路时，CT饱和，保护拒动，发生越级跳闸，进而影响系统安全的情况都有所提及。
2.5欠压动作
大多煤矿井下高爆开关都配有欠压脱扣器，其动作值为>85%额定电压时可靠吸合，>65%额定电压时保持吸合，<35%额定电压时可靠释放，动作延时不能整定，为瞬动。当发生短路故障造成电压下降到35%-65%额定电压时，沿线开关欠压脱扣器可动作、可不动作，容易发生越级跳闸；当馈线在距离母线很近的地方发生短路故障时，母线电压短时失压厉害，该段母线上其他开关的欠压脱扣器误动作，导致越级跳闸；有的矿欠压动作更多的表现于高压变频器的欠压保护动作导致的越级跳闸。
3.井下高压电网越级跳闸解决方法
3.1定期测试保护装置的性能
井下高爆开关切除故障的时间等于综保装置的动作时间加上断路器的跳闸时间。综保装置的动作时间可以用继电保护特性测试仪来测量，高爆开关中的综保装置拆卸方便，在测试时可将综保装置更换卸下带到地面进行测试；断路器的跳闸时间则可用便携式的机械特性测试仪直接带到井下进行测量。
3.2合理整定保护定值
对于煤矿常用电流三段式保护的整定，首先是根据进线的短路容量，然后再根据各线路的短路电流进行保护定值整定。笔者依照继电保护相关规程规范[3-5]结合现场运行经验推荐以下电流三段式保护整定原则：
对电流I段保护（电流速断保护），按照躲线路末端或T接线末端最大三相短路电流整定；若线路末端为变压器，则按照躲线末变压器或T接线末变压器其他侧母线三相最大短路电流整定；当灵敏度不满足要求时，则按照保证本线路有最小灵敏度1.5整定（即同一灵敏系数法）；虽然根据DL/T 584-2007《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》规定“电流速断保护应校核被保护线路出口短路的灵敏系数，在常见运行大方式下，三相短路的灵敏系数不小于1时即可投运。”
对电流II段保护（延时电流速断保护），按照与相邻线路的电流I段保护配合整定，时限取0.3s，笔者认为地面变电站馈出线的电流II段保护时限宜控制在1s内。
对电流III段保护（过流保护），按照躲线路可能流过的最大负荷电流整定，上下级时限级差取0.3s，当然根据具体综保装置可配置定时限过流保护或反时限过流保护。
3.3改变线路保护原理
当线路首尾两端短路电流相差不大时，电流保护整定区分困难，可配置其他保护原理的线路保护。文献[6] 介绍了基于纵联差动保护原理的煤矿供电系统防越级跳闸技术研究，文献[7] 介绍了基于光纤数字通信的煤矿供电防越级跳闸保护设备应用研究，对煤矿供电系统进行数字化改造，实现全网数据共享，配置光纤纵差保护或设置上下级保护闭锁，是解决煤矿线路越级跳闸问题的有效手段，也是以后煤矿供电系统的发展方向。
3.4合理选择CT变比
煤矿井下保护用CT的选择表现为CT变比和准确限值系数的选择，确保线路短路时满足动热稳定要求和10%误差曲线。传统保护用CT变比的选择仅考虑其额定电流大于该线路电气主设备可能出现的最大长期负荷电流，文献[2]、[8]通过试验和公式推导按照故障时通过CT的最大短路电流不超过其准确限值电流，同时在该电流下CT的复合误差不超过规定值选择CT变比，而文献[9]则更进一步指出可按照线路保护最大整定值确定电流保护用CT准确限值系数，并且该方法已在全国电力设计院及全国电力注册工程师培训班推广应用。
3.5设置欠压延时躲过电压暂降
煤矿井下欠压动作的主要原因是当發生短路故障时，线路都会出现一个电压暂降过程，欠压脱扣器瞬动无法躲过该电压暂降。
针对这一情况，可以在欠压线圈回路并联一阻容元件，使欠压线圈延时脱扣，躲过电压暂降；若设备配有欠压保护器且在断电时欠压保护器能可靠分断断路器，则可甩掉欠压脱扣不用，通过设置欠压保护器延时躲过电压暂降；对于重要负荷变频器欠压动作也可以通过串联动态电压恢复器（DVR），补偿跌落电压，消除电压暂降。
4.结语
综上所述，本文结合煤矿电网实际运行情况和当下发展趋势分析了煤矿井下高压电网越级跳闸的原因并提供了相应的解决方法，可提高煤矿井下供电安全，保证煤矿系统正常生产。
参考文献
[1] 陈淮芳. 10，35kV线路电流互感器的选择. 高压电器，2003，39（6）：73-74.
[2] 李社勇，郭润生. 从一次故障保护不正确动作，分析电流互感器变比选择及其10%误差的影响. 继电器，2003，32（18）：67-71.
[3] 国家安全生产监督管理总局. 煤矿安全规程. 北京：煤炭工业出版社，2011.
[4] DL/T 584-2007 3～110kV电网继电保护装置运行整定规程. 北京：中国电力出版社，2007.
[5] GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程. 2006.
[6] 卢喜山，张祖涛，李卫涛. 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. 煤矿机械，2011，32（4）：71-73.
[7] 李文江，宋 莉，张文超，等. 基于光纤数字通信的煤矿供电防越级跳闸保护设备应用研究. 电子技术应用，2011，37（4）：26-32.
[8] 李社勇，魏强，王勇. 保护用电流互感器变比选择和稳态校验. 继电器，2006.34（21）：74-75.
[9] 袁季修，盛和乐，秦应力，等. 中压系统保护用电流互感器参数选择方法. 电力自动化设备， 2007， 27（ 2） ： 1-5.
[关键词]：煤矿 越级跳闸 原因分析 解决方法
中图分类号：TD163+.1 文献标识码：TD 文章编号：1009-914X（2012）10- 0261–01
1. 引言
现今煤矿井下高压供电系统多采用双回路供电、母联断开的运行方式，整个电网呈辐射状。随着电力系统网络的日益扩大，煤矿供电系统短路容量也随之增大，加之煤矿井下工作环境恶劣，工作面变动频繁，下井线路级数多、线路短，越级跳闸时有发生。越级跳闸事故发生时，系统大面积停电，井下瓦斯、涌水积聚，严重威胁井下工人生命安全，影响煤矿系统正常生产。防止井下线路越级跳闸是煤矿井下供电安全的重点也是难点，本文就煤矿井下高压电网越级跳闸原因进行分析并提供相应的解决方法。
2.井下高压电网越级跳闸原因分析
2.1保护装置动作不可靠
通常煤矿井下所用高爆开关不同批次为不同厂家生产，就是同一厂家生产，不同批次的开关性能上也会有较大的差异，导致井下综保装置不统一，保护性能参差不齐，当发生短路时上级线路开关先于下级线路开关动作，发生越级跳闸。
2.2整定方法不合理
煤矿电网线路保护通常采用电流三段式保护，现场技术人员一般根据经验按照线路所带负荷最大工作电流的3～5倍整定地面变电站下井馈出线的保护定值，井下线路根据此保护定值依级减小定值作为下级线路的保护定值，这样的整定值偏小，会出现井下线路短路时沿线开关均动作的情况，发生越级跳闸。
2.3供电线路短或短路容量大
煤矿井下供电短线路较多：有的下井线路仅有100-500m；井下变电所总柜和分柜只有15-20m；采区变电所到配电点仅有50-500m 。此外，随着电力系统网络的日益扩大，煤矿供电系统短路容量也随之增大，这都将导致线路首尾两端短路电流相差不大，继电保护整定区分困难，越级跳闸在所难免。
2.4 CT配置不当
随着煤矿供电系统短路容量的日益增大，井下线路短路电流也越来越大，超过保护装置CT的测量范围，影响井下保护装置的正常动作。文献[1]、[2]对实际运行过程中出现过线路短路时，CT饱和，保护拒动，发生越级跳闸，进而影响系统安全的情况都有所提及。
2.5欠压动作
大多煤矿井下高爆开关都配有欠压脱扣器，其动作值为>85%额定电压时可靠吸合，>65%额定电压时保持吸合，<35%额定电压时可靠释放，动作延时不能整定，为瞬动。当发生短路故障造成电压下降到35%-65%额定电压时，沿线开关欠压脱扣器可动作、可不动作，容易发生越级跳闸；当馈线在距离母线很近的地方发生短路故障时，母线电压短时失压厉害，该段母线上其他开关的欠压脱扣器误动作，导致越级跳闸；有的矿欠压动作更多的表现于高压变频器的欠压保护动作导致的越级跳闸。
3.井下高压电网越级跳闸解决方法
3.1定期测试保护装置的性能
井下高爆开关切除故障的时间等于综保装置的动作时间加上断路器的跳闸时间。综保装置的动作时间可以用继电保护特性测试仪来测量，高爆开关中的综保装置拆卸方便，在测试时可将综保装置更换卸下带到地面进行测试；断路器的跳闸时间则可用便携式的机械特性测试仪直接带到井下进行测量。
3.2合理整定保护定值
对于煤矿常用电流三段式保护的整定，首先是根据进线的短路容量，然后再根据各线路的短路电流进行保护定值整定。笔者依照继电保护相关规程规范[3-5]结合现场运行经验推荐以下电流三段式保护整定原则：
对电流I段保护（电流速断保护），按照躲线路末端或T接线末端最大三相短路电流整定；若线路末端为变压器，则按照躲线末变压器或T接线末变压器其他侧母线三相最大短路电流整定；当灵敏度不满足要求时，则按照保证本线路有最小灵敏度1.5整定（即同一灵敏系数法）；虽然根据DL/T 584-2007《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》规定“电流速断保护应校核被保护线路出口短路的灵敏系数，在常见运行大方式下，三相短路的灵敏系数不小于1时即可投运。”
对电流II段保护（延时电流速断保护），按照与相邻线路的电流I段保护配合整定，时限取0.3s，笔者认为地面变电站馈出线的电流II段保护时限宜控制在1s内。
对电流III段保护（过流保护），按照躲线路可能流过的最大负荷电流整定，上下级时限级差取0.3s，当然根据具体综保装置可配置定时限过流保护或反时限过流保护。
3.3改变线路保护原理
当线路首尾两端短路电流相差不大时，电流保护整定区分困难，可配置其他保护原理的线路保护。文献[6] 介绍了基于纵联差动保护原理的煤矿供电系统防越级跳闸技术研究，文献[7] 介绍了基于光纤数字通信的煤矿供电防越级跳闸保护设备应用研究，对煤矿供电系统进行数字化改造，实现全网数据共享，配置光纤纵差保护或设置上下级保护闭锁，是解决煤矿线路越级跳闸问题的有效手段，也是以后煤矿供电系统的发展方向。
3.4合理选择CT变比
煤矿井下保护用CT的选择表现为CT变比和准确限值系数的选择，确保线路短路时满足动热稳定要求和10%误差曲线。传统保护用CT变比的选择仅考虑其额定电流大于该线路电气主设备可能出现的最大长期负荷电流，文献[2]、[8]通过试验和公式推导按照故障时通过CT的最大短路电流不超过其准确限值电流，同时在该电流下CT的复合误差不超过规定值选择CT变比，而文献[9]则更进一步指出可按照线路保护最大整定值确定电流保护用CT准确限值系数，并且该方法已在全国电力设计院及全国电力注册工程师培训班推广应用。
3.5设置欠压延时躲过电压暂降
煤矿井下欠压动作的主要原因是当發生短路故障时，线路都会出现一个电压暂降过程，欠压脱扣器瞬动无法躲过该电压暂降。
针对这一情况，可以在欠压线圈回路并联一阻容元件，使欠压线圈延时脱扣，躲过电压暂降；若设备配有欠压保护器且在断电时欠压保护器能可靠分断断路器，则可甩掉欠压脱扣不用，通过设置欠压保护器延时躲过电压暂降；对于重要负荷变频器欠压动作也可以通过串联动态电压恢复器（DVR），补偿跌落电压，消除电压暂降。
4.结语
综上所述，本文结合煤矿电网实际运行情况和当下发展趋势分析了煤矿井下高压电网越级跳闸的原因并提供了相应的解决方法，可提高煤矿井下供电安全，保证煤矿系统正常生产。
参考文献
[1] 陈淮芳. 10，35kV线路电流互感器的选择. 高压电器，2003，39（6）：73-74.
[2] 李社勇，郭润生. 从一次故障保护不正确动作，分析电流互感器变比选择及其10%误差的影响. 继电器，2003，32（18）：67-71.
[3] 国家安全生产监督管理总局. 煤矿安全规程. 北京：煤炭工业出版社，2011.
[4] DL/T 584-2007 3～110kV电网继电保护装置运行整定规程. 北京：中国电力出版社，2007.
[5] GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程. 2006.
[6] 卢喜山，张祖涛，李卫涛. 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. 煤矿机械，2011，32（4）：71-73.
[7] 李文江，宋 莉，张文超，等. 基于光纤数字通信的煤矿供电防越级跳闸保护设备应用研究. 电子技术应用，2011，37（4）：26-32.
[8] 李社勇，魏强，王勇. 保护用电流互感器变比选择和稳态校验. 继电器，2006.34（21）：74-75.
[9] 袁季修，盛和乐，秦应力，等. 中压系统保护用电流互感器参数选择方法. 电力自动化设备， 2007， 27（ 2） ： 1-5.