煤矿井下高压智能供电系统的分析

王海峰

开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司，河北唐山 063000

摘要：中国经济的飞速发展带动了人们生活水平的提升，国家对能源的要求越来越高。作为中国的主要供给能源之一，煤炭发挥着不可替代的作用。目前，随着技术的更新换代，中国的煤矿开采逐渐趋于现代化，在克服传统技术弊端的基础上，对现代化技术进行灵活应用，结合计算机网络技术，使得煤矿整个系统可以实现集中控制。但是，煤矿的生产效率不断提升，这只是能够看到的表观现象，但不能对其背后工作人员所付出的努力给予肯定。

关键词：煤矿井下；高压智能；供电系统

引言：为了能够解决曙光煤矿井之下的高压供电系统出现故障越级跳闸的问题，完善其保护性能，解析故障发生越级跳匝的主要原因是什么。并且还需要使用远程的光纤纵差保护来解决短路保护所存有的问题；使用模式识别方式来解除某一条线路所发生单向接地故障而带来的横向误跳匝问题。使用直流支撑的方式将失电压线圈所引发的晃电就是母线电压瞬间下跌的原因；使用欠电压保护延时动作来解除电压跌落产生跳闸问题。因此就能够实现曙光煤矿下井电缆联络线、中央变电所、采区1#变电所高爆开关所反馈出的线路故障出现选择性跳闸，从而保证供电的安全性，降低事故的发生。

1煤矿井下高压供电系统

近些年来，煤矿的开采深度逐渐增加，导致高压设备及供电电缆逐渐向末端深入，低压系统也会逐渐向前延伸，这种情况给煤矿开采过程中供电系统的正常工作带来了一定的难度。因此，为了保障煤矿开采过程的生产效率、质量和安全，必须对高压供电系统故障原因进行分析。井下开采深度的不断加大使得开采将面临更多的未知因素，一般来说，井下环境较为复杂，湿度和温度较高，而一些设备长时间处于这种恶劣的环境中，导致其寿命缩短，故障发生率高，对井下的供电系统产生影响，导致出现大面积停电等现象。对以往煤矿发生的事故案例进行分析发现，煤矿安全事故中人员伤亡大多数是因触电导致，因此，对煤矿井下的安全供电进行探讨是很有必要的。[1]

2煤矿高压供电系统运行方式简述

目前来说，煤矿企业的变电站均采用远程控制系统，对系统中的各项参数进行远程监控，如发生意外，可以实现远程操作处理。大多数矿井高压供电系统在正常工作的情况下，多采用双电源、双进线的方式。若在开采过程中某一部分变电站高压开关出现故障，使得其电流值骤增，则会触发越级保护。这时，可以在总控制室看到故障信息，对于一般的小问题，系统会进行自动化处理，当故障无法排除时，系统则会通知技术人员进行处理。[2]

3造成故障越级跳闸的原因

如果电路发生短路故障，通过电路和交换机底部的电流值可能会达到设定的值，并且顶部交换机的超时时间不足以区分故障区域，从而导致垂直交换机停止，即使在6kV总开关上，这也大大扩大了单相接地故障时的电流范围；如果电路的单相接地故障，则没有正确的零电流选择。 这可能导致两个方向上的跳变错误，在主电路附近发生短路时，主电路上的大电流会迅速减少20%至40%，而当主电路上的电压降至70%至65%时，其它高压配电装置上的电视电压会相应降低，而电压会降至80ms以上， 这些配电装置中的电压会遗失，磁铁会关闭，从而导致断路器停止运作。此外，高压保护装置有助于侦测低于设定动作值的电压，因为断路器制造问题，静态接触点与接触点之间的接触电阻会更大，产生的电流会增加接触温度，增加接触电阻，并且在三相短路故障时，断路器无法关闭短路电流，导致开关出现跳闸。[3]

4解决故障越级跳闸的技术途径

4.1解决短路保护存在的问题

想要实现短板故障的零延时选择性的跳闸，那就必须使用纵向差动的保护。通过广域测量系统（wams）技术，各个区域保护装置需要按照预先设计的供电系统网格图，在把选取所需要的矿井高压供电系统的三相电流相量进行集中事时的处理，融合关联的数据，准确来定位故障电和其距离点最近的高源侧高爆开关，在通过goose报文所发出的跳闸指令。高爆开关接到保护跳闸指令之后，就会自身继电保护做出判断并进行比较，如果所得结果不一样，那么就会立刻跳开短路器，并且将断路器辅助触电所反馈得信息上传至区域保护装置；如果判断得结果不一样，那么就需要区域保护装置进行仲裁。

4.2解决单相接地故障选线问题

如果单相接地故障，则仅通过就地开关获得的零电流和零电流选择不正确，这可能导致在每个电路上发生单相接地故障时出现水平和垂直跳变，局部综合保护(智能控制器)首先确定根据模式识别的分布参数。 然后将结果发送到本地保护设备，如果只有一个高爆炸开关被认为是“该电路中的一个电流故障”，则区域保护设备允许在有两个以上的高爆炸开关确定“该线路中的一个电流故障”时关闭开关，本地保护设备将通过电源系统拓扑结构并根据交换机的顶部和底部之间的关系发出命令， 这将释放最接近故障点的开关，以便您可以正确选择发生电源故障的电路，并缩小故障位置搜索范围。[4]

4.3解决失电压线圈自动释放引起的误跳闸问题

由于母线上的电压短期下降而导致磁致失效的压力故障问题应通过复合电压支持解决，即使用无压力线圈供电的DC110V，并在主电压正常时补充超级电容器；当母船上的电压短路和电压下降时，电路充电超级电容器与电源相同； 当母船上的电压恢复到超级电容器附近时，使线圈保持在4s以上的无压力状态；如果母船上的电压发生故障，在4s电压完全丧失后，断路器将关闭以防止自动电能传输。

4.4解决欠电压保护存在的问题

压力保护是一种释放指令，根据从电压转换器中获得的次要电压值(低于动作值)进行释放。如果主线路快速降级为固定动作值，则该功能应变更为延时保护；启动压力保护，并且在此循环期间，如果在主板上的电压低于动作设定值时，该指令将返回大于动作值(如果该值小于动作的延迟)，则该指令将被释放。

5其他安全注意事项

（1）若井下发生大面积停电现象，调度部门应当合理分析影响范围，若情况较为复杂，应当派遣专业的技术人员进行故障排除，待故障排除后恢复供电，避免出现盲目指挥的情况。（2）变电站所有的设备，尤其是高开柜，应当在故障完全排除之后，联系现场工作人员确认安全后，才可执行送电操作。（3）各个变电站应当定期进行安全培训，若确实需要提前合环，应第一时间向上级部门请示，审核通过后才可进行送电操作，避免意外出现。（4）若电路系统故障原因是现场工作人员操作不当，则该区域的负责人应当及时与调度部门沟通，尽可能减少故障处理所消耗的时间。（5）变电站的高开柜不处于运行状态，在无其他要求的情况下，普通高开柜的电源应处于断开状态，防爆的高开柜应将手车退至冷备。[5]

总结：总结得出，煤矿井下的施工环境复杂多变，导致高压供电系统具有一定的复杂性，因此，调度部门在对变电站高压开关的故障进行分析处理时，应当合理发挥多部门之间的协调作用。采用正确的处理方案对故障进行有效处理，能够极大地降低工作难度，减少工作量。除此之外，确保电路系统安全，也能够有效保障煤矿井下工作人员的生命财产安全。

参考文献：

[1]范海云,武彦军,张建权等.煤矿井下高压智能供电系统的研究[J].电气应用,2022,41(09):49-53.

[2]庞伟.煤矿井下高压供电系统故障安全作业流程分析[J].能源与节能,2022(04):185-187.

[3]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.

[4]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.

[5]郝富成,宋虎森,孔亚娥.煤矿井下高压供电系统过电压的分析与预防[J].煤,2003(01):44-45.