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煤矿供电防止短路越级跳闸问题研究及解析

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 煤矿的机械化程度随着科学技术水平的进步与经济发展水平的提高,其电力系统在安全运行上被逐渐的重视。众所周知,煤矿的井下工作环境是极其恶劣的,由于电缆的来回拖拽,很容易将其绝缘的保护层破坏,挤伤电缆的事故也常发生在机械的运输设备中。井下的供电设备由于上述的原因都会导致其发生短路,井下的供电线路由于分级多,且线路短,越级跳闸的事故时有发生,其造成的后果不只是大面积停电,还对煤矿生产效益造成一定的影响,最为重要的是会对井下安全及井下的工作人员安全造成威胁,因此,解决该问题迫在眉睫。
  一、造成煤矿的供电系统产生越级跳闸的原因
  (一)保护定值因短线路造成无法区分
  一般电力系统的规程建议电流的速断保护在其灵敏度不大于1的情况下,不适合装设。但是在煤矿的井下规程中要求,速断保护必须装设。
  短线路的短路电流在变化上较为平缓,并且短路电流其始端与末端差值较小,再根据线路的末端整定其最大的短路电流,保护的灵敏度一般不能小于1。
  此时的整定灵敏系数在一般的情况下都是相同的,致使线路最小运行方式有保护范围,而最大时很有可能会发生供电系统的越级跳闸现象。
  (二)保护定值不合理的整定方法
  速断保护的定值躲过整定后最大的负荷电流,要比在整定后短路电流的数值小很多,短路发生后,沿线保护启动,开关机械特性决定跳闸。
  (三)电磁式的电流互感器
  铁心的磁特性具有非线性,当它的特性是线段性时,它的二次电流与它的一次电流可为线性关系,铁心在进入非线段性时,铁心由于饱和,影响励磁的电流急速增加,导致二次电流值发生误差。在实际的测试中,误差的曲线范围大于百分之十,因电流的互感器容量非常的小,二次电流根本达不到,整定值为一次电流,致使保护发生误动与拒动。
  (四)不合理的高爆开关的机构的配置
  不断增加的用电负荷与不断深入的煤矿开采,井下的高爆开关在型号上与数量上也在相应的增加,这也促使地面上的变电所其供电的设备与高爆开关,二者在配合上加大了难度。
  (五)煤矿井下的高压的供电系统在防爆开关中,不独立电源回路
  在供电系统中,直接供给电磁元件在其电流回路或电压回路,并全部装有欠电压的释放保护。电力系统中大型电动机的启动与多项短路故障的发生,一方面是由于产生了故障电流,还有就是降低了配电网的电压,故障电流值随电压降低幅度的增大而增大。所以,故障电流自动装置执行元件与按件及电流互感器的供给保护都可以通过电流回路进行反应。井下的防爆开关其电源回路的交流操作中设置有专用的欠电压释放的继电器,以保证煤矿供电系统生产安全性。如果正常电压高于工作的电压,断路器会自动给予机械的分闸并一直维持分闸的状态。分闸的闭锁状态需手动给予功能的恢复。短路故障发生时,电源回路受开关的交流操作,电流的保护失效,欠电压维持释放继电器的动作,会导致停电将扩大范围。
  (六)高爆开关的固定动作存在时间问题
  煤矿井下因为常年疏于检修,并且环境相对于潮湿,高爆开关其工作机构由极为不灵活,开关的固有动作在时间上离散性较大造成下级开关慢于上级开关,井下极易造成越级跳闸现象,开关固有的动作时间的区域值为80ms至310ms之间,因此造成多级的供电系统与时间在配合上产生很大的误差。
  (七)电流保护在时间上无法配合
  上一级的供电管理部门要求,因煤矿井下的供电级数比较多,过电保护时限要在要求的范围内。煤矿的35KV的进线系统通常都是对6KV的过电流配合时限是1.5秒,只可与三级供电线路配合(配合的时间为0.5s),供电线路(三级以上),其电流保护的时限有不配合情况发生。
  (八)其他的原因
  6KV或者10KV的设置为两段式保护(地面高压保护器),只可选择额定电流的倍数(过流保护的定值与电流的速断保护),知识无法确定保护定值,由于存在各种缺陷(继电保护设备),极易发生保护误动作,导致越级跳闸发生。
  二、造煤矿的供电系统产生越级的跳闸造成的危害
  整个采区的作业面在安全用电上会造成一定的危害;采区变电所如若发生越级跳闸现象,将会影响煤矿的作业设备(全部采区的作业面),致使停电范围扩大,对整个煤矿的相关供电设备及区域生产造成影响。井下瓦斯如发生风机的停止作业就会发生聚集现象,再加上排水工作因抽水设备的停止运转而发生停滞,对煤矿矿井下的工作人员其生命的安全造成一定威胁。煤矿井下的中央变电所如果发生越级跳闸的故障,井下的供电系统就无法正常进行运作,不只是大面积停电的问题,对企业的经济也会带来重创,因此,以最大程度保护井下安全性能尤为重要。
  三、对于越级跳闸的产生问题给予相应的解决方案
  光纤纵差在煤矿井下的供电系统中,通常是保护采区变电所至中央变电所或者是中央变电所至保护地面的变电所中负荷电缆线路,并在被保护的电缆线路两端开关上进行安装。其工作原理(保护装置)就是对侧三相电流与本侧三相电流相比较,观察其变化,判断三相电流矢量的计算机及其变化状况是否为零。
  在煤矿的电力监控中,起保护装置的运行通常是采区的变电所或者是中央变电所的出现开关保护线路受到了比较大的冲击力或者是运行期间发生故障(短路),保护的装置在此时就会启动信号的传输,开启保护的装置。在对故障信号处理时,保护装置的速断保护会延时启动,出线开关跳闸信号如接收时间未在规定时间内,进线开关的保护装置会在自动保护跳闸,相反,状态恢复正常。
  对于其越级跳闸现象发生,需加强对其老旧设备更新的速度,供电系统的缺陷改建与巡视检修工作,强化继电保护的整定管理工作等。
  结语
  依据煤矿井下其供电系统所具有的特点,对其越级跳闸发生的原因给予了分析,利用其速断保护改良方案及新型智能化保护装置,可有效减少越级跳闸的现象发生,促进其可安全有效的进行工作。
  (作者单位:冀中能源峰峰集团电业分公司)