基于煤矿电力系统保护分析变电所防越级跳闸的原因和对策

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[摘要]当煤矿电力系统有短路现象发生时，常常会引起越级跳闸事故，很容易造成井下大面积的停电，致使瓦斯集聚，对井下工人的人身安全构成极大威胁。本文对越级跳闸产生的原因做了分析，并提出了一些相应的建议。

[关键字]煤矿电力系统 变电所 越级跳闸

[中图分类号] TM711 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-231-2

各集团公司的电力系统在发展中常会出现一些故障，影响生产，给公司造成巨大损失，鉴于此，各公司开始重视继电保护动作。而当电力系统出现故障时是否会出现越级跳闸现象是衡量电力系统保护的一个重要标准。继电保护通常会有一个保护范围，包括主保护和后备保护范围，当其中一个范围发生故障，而主保护没有跳闸，此时后备保护会将故障部分切断，此现象就是越级跳闸。在任何情况下都要尽量避免变电所越级跳闸的发生，一旦电力系统出现事故，其危害不可估量。

1 变电所越级跳闸的原因

1.1 多条线路出现故障

在同一变电所内，如果两条以上的线路都出了故障，极易引起上一级的断路器跳闸，当两条线路的时间之和比上级保护的阶梯差值大，就有可能出现越级跳闸。

1.2 继电保护失灵

变电所的继电保护应具备灵敏性和选择性，若达不到要求，就容易引起越级跳闸。

1.3 过电压

变电所多采用中性点的6kv直接供电，这种运行方式不接地。如果出现单相接地故障，会有短暂的电弧放电，致使电能磁性发生震荡，形成的弧光过电压导致互感器的励磁电流大幅度上升，从而烧损互感器、破坏过电压保护，引起越级跳闸。

1.4 变电所直流电源出现故障

（1）电源连线出现故障。由于接触不到位，接线发生松动或虚接现象，可能引起越级跳闸。（2）当某线路的控制电源熔断器熔断时，易引起线路短路，从而导致越级跳闸。（3）变电所的直流总电源失电。作为变电所的核心，一旦直流总电源失去，就相当于控制各回路的动力没有了。此时一旦有回路出现故障，就会保护拒动，引发越级跳闸。

1.5 开关机构发生故障

作为线路控制保护的最终执行者，高压断路器对变电系统的运行起着决定性作用。由于开关的构成较为复杂，其联动机构之间又是互相制约的，易发生拒动的情况。

1.6 跳闸铁芯磁化

当断路器位于合闸位置时，跳闸线圈一直在正常工作，原先的常规变电是由并联的电机回路和白炽灯加电阻组成的。在连续的工作中，回路阻值会有所下降，流经线圈的电流不断增大，当达到一定值时，半吸合状态下的跳闸铁芯回不到原处，其行程小，一旦线路出现故障，会减缓其速度，引起越级跳闸。

1.7 操作失误

一般，操作失误是由两种原因引起的。一是操作指令缺乏正确性；二是工作人员的操作不够规范。

1.8 控制保护回路出现故障

对于变电所内的数据收集、保护控制等工作，需要在电缆导线连接相关的设备的情况下才能完成。对越级跳闸有影响的因素包括连接片和接点出现松动、电缆导线断线以及虚接等。

在检修时，拆卸的连接片，试验时拆卸的连线，如果接错或者出现漏接现象，回路保护功能缩减，从而引起越级跳闸。

2 防越级跳闸的途径

2.1 越级跳闸保护的原理

通过对以上的原因分析，应研发一种智能微机保护装置，且实现装置之间的信息共享，使其具备保护互锁的性能，下级设备的保护动作信号能够在最短时间内将本线路锁闭，以保护器安全，可借助这一功能完成选择性跳闸工作，避免出现越级跳闸。以1条级联线路为例，如图1，其中所示的就是越级跳闸的过程。

如图1，此处以极限情况为考虑对象，假如线路末端，即205出线出现短路，只有电流定值是达不到选择性要求的。短路电流流经全部级联线路的保护装置，将装置的速断保护开启，同时把闭锁信号发给上一级，对下级进行检测，如果有闭锁信号，则应迅速将保护出口闭锁。

一般情况下，设定闭锁时间为150ms，如果在跳闸前将时间进行短暂的延长，通常设置为30ms，这样在保护装置上时，各级馈线只需要考虑灵敏度就够了，无需注重其选择性。

此外，当通信链路发生事故而下级闭锁信号由于各种因素得不到稳定的实时传送时，本级保护装置得以短暂时间的延长而出现跳闸现象，一般不会扩大事故的后果。而且，在刚刚失电后的一段时间内，保护装置仍能正常工作，为检查故障原因、快速确定故障性质提供了方便

2.2 建立防越级跳闸保护系统

2.2.1 地面主站和备用站

地面主站和备用站通常建设在监控调度中心，往往配置有三台服务器，其中一台发挥通讯服务器的作用，主要负责监控，内容有二：一是主战和分站间的数据交换工作，二是和调度室之间的数据转发。另外两台服务器主要用来监控工作站，同时做数据服务器用，。监控主站和有关部门的终端由局域网进行连接。

2.2.2 井下电力监控分站

以太网将智能保护器和监控分站连接在一起，光纤将监控主站、分站以及其他的子系统进行连接，二者形成了光线以太网，该网具有双环自愈的功能，且留有许多以太网口作为备用，像变电所的音频视频等业务通道都可直接和以太网进行连接。

2.2.3 智能保护装置

变电所大多采用隔爆型的高压配电装置或低压馈电开关的各种电量或状态量被送智能保护装置，此装置的主要工作是将收集到的数据打包，并发送给监控分站，再由分站将其传到网上，完成不同分站间的共享工作，即便主服务器出现故障，也要保证其正常动作，提升其数据吞吐和处理能力。

3 小结

近几年来，经更新改造，变电所的设备质量和性能都得到了一定程度的提高，为电力系统的安全运行提供了保障，相关工作人员的素质不断提高，对越级跳闸的预防发挥着关键性作用，但引起越级跳闸的因素并不稳定，这就要求工作人员找准原因，采取有效措施，尽量减轻不利的影响。

参考文献

[1]郝庆喜，董海江.变电所越级跳闸原因分析[J].中国石油和化工标准与质量，2012，43（8）：132-135.

[2]鞠桂珍.越级跳闸故障的原因及处理方法[J].科技风，2013，27（1）：238-240.

[3]张延杰.煤矿井下高压电网越级跳闸的原因及防治措施[J].内蒙古煤炭经济，2012，31（10）：187-190.