牛垚賓

（晉煤太鋼公司三交一號礦井，山西呂梁 033000）

0 引言

目前，我國煤礦業(yè)隨著工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)較大的提升，而相應(yīng)的井上、井下供電系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。由于礦井設(shè)置有多個采區(qū)，不同的采區(qū)設(shè)置有相應(yīng)的供電系統(tǒng)。由此可以看出，供電設(shè)備不斷增多，供電距離也越來越大。從上述特點來看，開關(guān)越級跳閘事故是煤礦供電系統(tǒng)中顯著的現(xiàn)象，造成區(qū)域較多的停電事故，從而給煤礦作業(yè)帶來不便及安全事故[1]。越級跳閘產(chǎn)生的主要原因如下。

（1）當(dāng)前井下供電系統(tǒng)裝配的設(shè)置大都是半數(shù)字以及半模擬的保護(hù)器，往往出現(xiàn)定值漂移現(xiàn)象，從而帶來一定的保護(hù)誤差。與此同時保護(hù)的精度比較差，不能實現(xiàn)定值的連續(xù)變化，不能進(jìn)行上下級保護(hù)配合。

（2）在進(jìn)行保護(hù)的過程中，并沒有有效地解決低壓問題，這樣會使得電壓波動，最終導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)大面積的停電。

在煤礦生產(chǎn)過程中，煤礦井下越級跳閘問題始終存在?，F(xiàn)在，煤礦主要使用上級開關(guān)短路速斷保護(hù)設(shè)置延時，時間為10～200 ms。當(dāng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，下級開關(guān)短路速斷保護(hù)開始工作，這樣可以使得下級開關(guān)先動作[2]?？墒怯捎诓煌拈_關(guān)機(jī)構(gòu)之間存在一定的差異性，因此相應(yīng)的靈敏度也存在差異，這樣使得下級開關(guān)的優(yōu)先性是否高于上級，存在一定的爭議。因此本研究用模擬的試驗方法對防越級設(shè)置進(jìn)行驗證。

1 試驗方案

為了對四級電路進(jìn)行模擬，本實驗采用6套高爆開關(guān)保護(hù)器。其中第一級與第二級都設(shè)置1個開關(guān)，對上級變電所總開與分開進(jìn)行模擬。第三級以及對應(yīng)的第四級對下級變電所總開與分開進(jìn)行模擬，其中第三級設(shè)置1臺開關(guān)，主要對下級變電所總開實現(xiàn)模擬，而第四級設(shè)置有3臺開關(guān)，主要用來模擬1條母線上的3個分開[1]，如圖1所示。

1.1 測試方法

（1）當(dāng)防越級跳閘系統(tǒng)退出之后，對末級開關(guān)短路以及各級開關(guān)的跳閘現(xiàn)象進(jìn)行測試。

（2）對4級開關(guān)下級短路時進(jìn)行測試，主要測試系統(tǒng)動作情況。

（3）在對3級開關(guān)以及4級開關(guān)出現(xiàn)短路的狀態(tài)進(jìn)行測試，觀測系統(tǒng)動作以及相應(yīng)的值。

（4）在對2級開關(guān)以及3級開關(guān)出現(xiàn)短路的狀態(tài)進(jìn)行測試，觀測系統(tǒng)動作以及相應(yīng)的值。

（5）在對1級開關(guān)以及2級開關(guān)出現(xiàn)短路的狀態(tài)進(jìn)行測試，觀測系統(tǒng)動作以及相應(yīng)的值。

圖1 實際模擬試驗方案示意圖

1.2 試驗步驟

（1）在實驗時，所采用的電路圖按照如圖2所示連接。其中，主接觸器J能夠給大電流發(fā)生器供應(yīng)電能，當(dāng)出現(xiàn)故障時，保護(hù)器保護(hù)接點能夠切斷發(fā)生器的電源，這樣可以有效地切斷大電流。J1表示中間繼電器，起到保護(hù)節(jié)點控制的作用；J2表示中間繼電器，起到繼電保護(hù)測試裝置測A以及N的接點控制，其中J2節(jié)點能夠?qū)Υ箅娏鞯陌l(fā)生器啟動進(jìn)行保護(hù)[2]。

圖2 具體試驗線路示意圖

（2）整定保護(hù)定值。1號保護(hù)器速斷對應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為2 400，而對應(yīng)的速斷延時設(shè)定為0 s；2號保護(hù)器速斷對應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為2 000，而對應(yīng)的速斷延時設(shè)定為0 s；3號保護(hù)器速斷對應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為1 600，而對應(yīng)的速斷延時設(shè)定為0 s；4號保護(hù)器速斷對應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為1 200，而對應(yīng)的速斷延時設(shè)定為0 s；5號保護(hù)器速斷對應(yīng)的整定保護(hù)值設(shè)定為1 200，而對應(yīng)的速斷延時設(shè)定為0 s。

2 試驗過程及結(jié)果

（1）對各級開關(guān)短路跳閘進(jìn)行測試。在進(jìn)行實驗時，流過大電流發(fā)生器的電流設(shè)定為2 600 A，與此同時把繼保測試裝置設(shè)置的b、n接點任意連接到6臺保護(hù)器的接點。操作繼保測試設(shè)備通過A、N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時繼保測試設(shè)備開始計數(shù)，這時6臺保護(hù)器能夠?qū)Υ箅娏鞯妮敵鲂盘栠M(jìn)行檢測，但出現(xiàn)故障時，保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設(shè)備發(fā)出停止計數(shù)的指令[3]。

試驗結(jié)果：經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)保護(hù)器動作時間為80 ms，每臺保護(hù)器都實現(xiàn)了報警速斷；當(dāng)速斷0 s延時的狀態(tài)下，保護(hù)器相應(yīng)的固有動作大致為：30 ms，而接觸器J的動作時間大致為10 ms，相應(yīng)的J1以及J2對應(yīng)的中間繼電器的動作時間大致為7 ms；在這個過程中，發(fā)生器電流從0 A迅速上升到2 600 A，所需要的時間僅為30 ms。

（2）對4個級別開關(guān)下級電路的短路以及系統(tǒng)的動作情況進(jìn)行測試。把5號開關(guān)以及6號開關(guān)的電流互感器設(shè)置為短路，并且檢測電流值為0 A[4]。

把繼保測試裝置對應(yīng)的開關(guān)輸入端和4級4號開關(guān)的保護(hù)接點進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號開關(guān)的動作時間進(jìn)行測試。操作繼保測試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時4個保護(hù)器能夠同時對電流進(jìn)行檢測，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級跳閘功能，那么相應(yīng)的4級4號保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設(shè)備發(fā)出停止計數(shù)的指令[5]。

試驗結(jié)果：經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，僅4級4號開關(guān)可以實現(xiàn)跳閘報速斷事件，對應(yīng)的動作時間大致為80 ms，1、2、3號開關(guān)并沒有任何動作，5以及6號開關(guān)報失壓跳閘。

（3）對3級開關(guān)和4級開關(guān)之間出現(xiàn)短路的情況進(jìn)行測試。假如該環(huán)節(jié)保護(hù)正常并且存在防越級功能。把4級保護(hù)系統(tǒng)中的4、5、6號電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測試裝置對應(yīng)的開關(guān)輸入端和3級3號開關(guān)的保護(hù)接點進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號開關(guān)的動作時間進(jìn)行測試。操作繼保測試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時4個保護(hù)器能夠同時對電流進(jìn)行檢測，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級跳閘功能，那么相應(yīng)的3級3號保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設(shè)備發(fā)出停止計數(shù)的指令[6]。

試驗結(jié)果：經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，僅4級4號開關(guān)可以實現(xiàn)跳閘報速斷事件，對應(yīng)的動作時間大致為80 ms，1、2號開關(guān)并沒有任何動作，4、5、6號出現(xiàn)開關(guān)報失壓跳閘現(xiàn)象。

（4）對2級開關(guān)和3級開關(guān)之間出現(xiàn)短路的情況進(jìn)行測試。假如該環(huán)節(jié)保護(hù)正常并且存在防越級功能。把3級的3號保護(hù)、4級的4、5、6號電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測試裝置對應(yīng)的開關(guān)輸入端和2級2號開關(guān)的保護(hù)接點進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號開關(guān)的動作時間進(jìn)行測試。操作繼保測試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使大電流發(fā)生器工作。與此同時1～2級保護(hù)器能夠同時對電流進(jìn)行檢測，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級跳閘功能，那么相應(yīng)的2級2號保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設(shè)備發(fā)出停止計數(shù)的指令。

試驗結(jié)果：經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，1～2級開關(guān)中只有2級2號開關(guān)可以實現(xiàn)跳閘報速斷事件，對應(yīng)的動作時間大致為80 ms，1號開關(guān)并沒有任何動作，3、4、5、6號出現(xiàn)開關(guān)報失壓跳閘現(xiàn)象[7]。

（5）對1級開關(guān)和2級開關(guān)之間出現(xiàn)短路的情況進(jìn)行測試。假如該環(huán)節(jié)保護(hù)正常并且存在防越級功能。把2級的2號保護(hù)、4級的4，5，6號電流互感短路，這樣不存在電流。把繼保測試裝置對應(yīng)的開關(guān)輸入端和1級1號開關(guān)的保護(hù)接點進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)?號開關(guān)的動作時間進(jìn)行測試。操作繼保測試設(shè)備通過A，N能夠輸出直流電，電壓值為24 V，可以輸送指令給J2，這時J2動作，常開觸點閉合，從而使的大電流發(fā)生器工作。與此同時1級保護(hù)器級保護(hù)器能夠同時對電流進(jìn)行檢測，假如系統(tǒng)設(shè)置有防越級跳閘功能，那么相應(yīng)的2級2號保護(hù)器能夠給保護(hù)器可以直接發(fā)出速斷分閘指令，不僅可以直接切斷中間繼電器J1電源，而且能夠給繼保測試設(shè)備發(fā)出停止計數(shù)的指令。

試驗結(jié)果：經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，僅有1級1開關(guān)可以實現(xiàn)跳閘報速斷事件，對應(yīng)的動作時間大致為80 ms，1號開關(guān)并沒有任何動作，2、3、4、5、6號出現(xiàn)開關(guān)報失壓跳閘現(xiàn)象[8]。

3 結(jié)束語

本文通過模擬礦井突發(fā)供電事故時，越級跳閘現(xiàn)象是否發(fā)生，進(jìn)而來檢驗了礦井防越級跳閘措施的可靠性。分析了試驗過程與結(jié)果，試驗結(jié)果表明：該種試驗方法具有較高的準(zhǔn)確性與可靠性，應(yīng)用該方法能第一時間發(fā)現(xiàn)礦井供電系統(tǒng)存在的越級跳閘隱患，可為越級跳閘故障的防范提供參考。總之，借助該種試驗方法有助于進(jìn)一步提高礦井供電系統(tǒng)運行的連續(xù)性、可靠性，此種試驗方法后期指定推廣與應(yīng)用。