0 引言

近年来，随着煤炭科技的进步及安全资金投入的增加，煤矿安全生产的基础及条件有了很大改善。然而在煤矿井下恶劣的作业生产环境下，目前使用的一些供电设备和技术已不能满足煤矿安全高效生产及自动化的需求。主要存在的问题是:当供电系统出现故障时，时常发生越级跳闸事故，造成大面积无计划停电，严重时可能导致矿井提升机、通风机停电、停风或全矿停电事故，严重威胁井下职工的生命安全和矿井的安全生产。

本文结合南屯煤矿供电系统的实际情况，分析了采用传统继电保护方式导致供电系统越级跳闸的原因，并给出了解决越级跳闸问题的可行性方案，研究应用了一种基于电流速断闭锁控制的矿井供电防越级跳闸系统，取得了良好的效果。

1 越级跳闸原因分析

1.1 继电保护方式

1)阶段式过电流保护。目前，大多数煤矿供电系统继电保护一直延用传统的继电保护方式，即采用阶段式电流保护[1]。其阶段式电流保护一般设置为三段式过电流保护，包括零时限速断保护、定限时速断保护和过电流保护。通常，终端负荷线路开关需要电流速断保护和过电流保护，而电源进出线需要零时限速断保护和定限时速断保护，通过上下级配合来防止越级跳闸。对限时电流速断保护而言，整定值配合有两方面的内容，即电流整定值的配合和上下级时间级差的配合，主要是保证保护的灵敏性和选择性。由于煤矿供电线路较短，井下供电系统保护的选择性只能靠上下级时间级差来实现。比如末级线路速断保护采用0 s速断，上级增加一个时间级差Δt，一般传统取值在0.3～0.5s之间，通常取0.5 s。这样，通过上下级保护电流整定值和时限的配合，实现了保护的选择性动作，如图1所示。

  

(a)保护装置配置电路图

  

(b)动作时限配合图

 

图1 定时限电流保护的动作时限配合图

2)煤矿执行情况分析。南屯煤矿35 kV变电所6 kV柜馈出线路设置了三段式过电流保护，其过流I段为零时限速断保护，整定值按躲过供电线路末端的最大短路电流来计算整定。如图1(a)中DL-2保护应躲过C母线的最大三相短路电流，但考虑到煤矿供电的特殊性，电流速断保护整定值按计算偏小来确保其动作的可靠性；过流II段为定时限速断保护，保护线路的全长，其整定值按供电线路末端的两相最小短路电流校验灵敏系数，以符合保护要求来整定，但整定动作时限应充分考虑供电安全与上级供电部门要求，其动作时限必须小于6 kV进线总开关，以防止总开关越级跳闸而造成大面积停电；过流III段为过电流保护，其整定延时较长，整定值大小以躲开最大负荷电流来整定，作为本级或下级保护的后备或远后备保护，通过动作时限来完成配合。

但在具体执行中,南屯煤矿井下变电所高压馈出线路均设置两段式过流保护。因煤矿井下特殊生产条件和安全要求，快速切除故障是煤矿井下供电的首要条件，且因矿井供电系统的结构特殊，供电级数多，速断延时过长无法配合，故只设置零时限速断保护为主保护，设置过电流保护为后备保护[2]。零时限速断电流保护作为馈出线路或设备的主保护，其保护范围必须要能保护线路全长，防止发生故障时，主要保护“越级跳闸”。

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1.2 失压脱扣保护

为防止供电系统无计划停电，在恢复供电后设备可自动运行。南屯煤矿井下高低压配电装置均设有欠压释放线圈，即当欠压释放线圈的额定电压在65%以上时能可靠吸合，当低于35%时能可靠释放，在35%～65%之间时工作不可靠。当变电所的某台分开关负荷侧近端短路时，会使本段母线瞬时失压，导致本段母线系统上连接的其他开关欠压线圈动作，发生“误跳闸”或“越级跳闸”，扩大了停电范围，影响矿井正常生产和安全。

当前的复杂工程突发事件的研究仍处于数据融合阶段。现有研究主要关注复杂工程突发事件的信息融合问题，缺少面向应急决策需求响应的深层次整合应用。同时，多数还停留在解决某一局部决策的层面上，缺乏站在复杂工程突发事件全生命周期视角的系统性分析。在大数据环境下，建立一套以复杂工程突发事件信息需求为基，以知识融合为力，以应急决策为标的知识融合框架，进而快速响应突发事件。

2 防越级跳闸的系统

2.1 解决方案

目前，矿井地面、井下通过光缆构成一个千兆高速光纤环网，用于矿井各个子系统综合自动化接入，其主干信息传输速率高，并提供了冗余链路。同时工业以太网的纳秒级时钟同步技术[3]也为实时通信提供了保障，故解决方案为：

2)采用失压延时保护技术。虽然智能保护装置具有专用不间断后备电源，但为了保护在开关停电后更加安全可靠地运行，在压配电装置内部另外安装一个阻容储能装置，再通过保护内部接点来控制欠压释放线圈带电时间，使失压保护动作时间满足系统需要。这样，躲过电压波动时间，避免失压保护先于短路保护动作跳闸，保证了短路保护的选择性，系统保护按顺序逐级动作。

1)采用网络智能继电保护技术。研发一种具有短路闭锁功能的防越级跳闸智能保护装置，突破了保护器独立监测、保护的继电保护方式，采用独有的实时通信技术，利用矿井千兆高速光纤环网，各变电所上下级保护装置之间通过交换机相互交换信息，采用“保护互锁”功能，闭锁上级非故障线路，实现故障线路选择性跳闸，以校准可靠动作，来防止越级跳闸。当故障线路开关拒动，启动后备保护，距离最近的上级开关跳闸，切除故障。防越级跳闸系统能够自我诊断，系统出现故障时，能自动监测出故障点位置并报警，提示工作人员进行对应处理，确保系统运行始终处于最佳状态。

至此，故障点已明确：EVAP系统及相关管路。检查EVAP系统管路，当拔下炭罐到发动机舱这段管路时，流出了大量汽油。由此可见发动机熄火是由EVAP系统溢油引起的。但溢油从何而来？考虑到此车为事故车，接下来又检查了油箱，发现油箱底部有拖伤痕迹，且位置正好在汽油滤清器附近。另外，该车碳灌与汽油滤清器集成在一起，很可能是炭罐和汽油滤清器同时受到损伤。拆下汽油滤清器后发现，由于外力作用，炭罐已经严重破损，汽油直接进入了回收管路。

在面包的生产中，添加适量的改性淀粉能够提高面包的比容特性、含水量、外形和内部组织结构。添加3.0%的改性淀粉量，可以明显提高面包的比容及含水特性。在增大面包比容，提高其含水特性方面，试验过程中提供的3种改性淀粉其良好的性能排序分别为HS-03＞HS-02＞HS-01。

防越级跳闸系统是由高压配电装置内部防越级跳闸智能保护装置、失压延时模块，井下变电所电力监控分站、短路闭锁控制器、隔爆型网络摄像仪及地面调度室监控系统主站等组成。其作用分别为：

2.2 系统设计

该系统既可作为继电保护单独使用，保证矿井开关设备不发生越级跳闸现象，又可融入矿井供电自动化监控系统。双方合二为一、联合使用，对矿井供电系统运行状况进行全面监控，为其安全、可靠运行提供技术保障。

4)失压延时模块。当系统电压降低时为欠压线圈供电，防止发生短路后带来的瞬时电压跌落导致的同母线横向高防跳闸。

2) 不同变电所之间的保护装置距离较远时，为保证传输数据的实时性，充分利用现有千兆工业以太网，通过相应的通信通道把上下级开关保护装置连接起来建立信号关联，形成一个闭锁控制保护系统。其上下级保护信号关联如图2所示，图中的联络信号均为短路闭锁信号。

  

图2 上下级保护信号关联示意图

3) 采用失压延时技术，在高压配电装置内增加阻容储能装置，在失压的瞬间为欠压线圈供电。

中药成分复杂多样，在其物质基础研究过程中会得到大量数据，而计算机强大的编程和建模功能可为其复杂的物质基础研究提供可靠而有力的帮助。李戎等[17]在2002年正式提出了“谱效关系”的概念，指出将中药指纹图谱与药效联系起来，建立与中药疗效基本一致的成分控制质量标准。而用于谱效关系数据处理的偏最小二乘回归分析法，是一种包括了多因变量对多自变量的回归建模以及主成分分析在内的多元数据分析方法，具有计算量小、预测精度高、无需剔除样本点、易于定性解释等优点，能最大限度地利用有限的数据信息，并具有较好的预测性[18]。目前，中药谱效关系主要应用于控制不同产地、来源、采收期、批次中药饮片的质量[19-24]。

2.3 系统组成

2.3 患者生存分析 患者生存146～908 d，平均中位生存时间(496±233)d。放化疗后1、2、3年生存率为73.1%、21.9%、13.1%。生存曲线见图1。Cox模型分析(表3)显示：T分期和淋巴转移数目是患者生存的影响因素(P值分别为0.048和0.019)；跳跃性转移淋巴结数目越多，患者预后越差。

1)防越级跳闸智能保护装置。采集开关内部运行参数及各项保护。

6)地面调度监控系统主站。对整个井下变电所开关设备供电运行状况进行实时在线监控。

3)短路闭锁控制器。当发生短路后对上级开关的闭锁，防止越级跳闸。

1) 同一变电所内部的保护装置距离较近时(距离最远的保护装置之间不超过40 m)，采用矿用屏蔽双绞线硬导线方式直接相连。这种方法简单易行，满足数据传输需求，有较高的经济性。

5)隔爆型网络摄像仪。对井下各变电所进行视频实时监控。

2)通信监控分站。对井下变电所的所有开关的保护装置的数据采集及数据上传。

结合南屯煤矿供电系统实际情况，为降低投资成本，提高通信通道的传输速率和保护装置的速动性，保留现行电流保护方式，采用了两种数据信号传输方式：

3 系统工作原理

当供电线路某部位发生短路时，短路故障点的所有上级开关会有短路电流通过，而短路故障点的下方开关线路不会有短路电流。短路故障点上方各级开关保护装置通过其电流采集模块采集有短路大电流产生，同时各保护装置都向上一级保护装置(或短路闭锁控制器)发出短路闭锁信号[4]。每个开关保护装置(或短路闭锁控制器)的短路闭锁信号接入到上一级开关的智能保护装置速断闭锁输入端，闭锁其速断保护功能，使之不能动作跳闸。短路故障点下方开关保护装置的电流采集模块采集不到短路电流，故不会有短路信号和闭锁信号产生，它的上一级开关(即短路点上方最靠近短路点的一级开关)的速断保护功能便不被闭锁，这样只有速断保护动作跳闸，切断短路故障线路。短路故障点被切除后，各级开关检测不到短路时的持续大电流，开关保护装置返回，闭锁解除，速断保护迅速投入。当距离短路故障点最近的上方开关因故障发生拒动时，其上一级开关保护装置在躲过断路器固有动作时间后，启动定时限过流保护，一般延时30～100 ms后，开关动作跳闸，切除短路故障线路，以此来作为下级开关的后备保护。由此，既保证了短路故障线路能及时被切除，使保护装置的各项保护功能及时恢复，重新投入对供电线路的保护，又有效杜绝了越级跳闸的发生，确保了供电系统安全可靠运行。

选择井下某一供电回路为例，其防越级跳闸系统示意图如图3所示，其工作原理具体分析如下：当-670变电所d1点发生短路故障时，8#、7#、5#、4#、2#、1#开关均有短路电流通过;8#开关保护装置采集到短路电流信号并输出短路闭锁信号到短路闭锁控制器，短路闭锁控制器向7#总开关的保护装置输出短路闭锁信号，闭锁其速断保护功能；同时7#总开关的保护装置输出短路闭锁信号闭锁上级变电所的5#开关速断保护功能；4#、2#、1#开关的速断保护功能依次闭锁。8#开关未接收到下级开关闭锁信号，速断保护功能启动，切除故障线路。如果8#开关拒动，当7#总开关定时限过流保护延时到期后，该保护功能启动，切除故障线路，作为8#开关备用保护。在短路瞬间，若系统电压下降太多，则各开关安装的阻容蓄能装置在短时间内向欠压线圈放电，提供电源，保持欠压线圈吸合，不至于因短时失压而使开关误动作跳闸。

要消除别人嫌弃她的心理和举动，妻子知道其根源在她的皮肤病上。妻子再一次去市第一人民医院，挂号换一位医生。医生依旧说是神经性皮炎，依旧开两支皮炎平软膏。皮炎平软膏抹上不见效，妻子依旧抹、抹、抹。

  

图3 井下防越级跳闸系统示意图

4 系统的实施应用

系统在总体构建实施时，在各变电所安装通信监控分站；井下各变电所高压配电装置经改造后，安装具有防越级跳闸的DSB-600A系列综合智能保护装置，保护功能完善，具有通信功能；高压智能保护装置的CAN通信信号用屏蔽通信电缆并接到本变电所通信监控分站的CAN接口上；低压智能保护装置的RS-485通信信号用屏蔽通信电缆，并接到本变电所通信监控分站的RS-485接口上。通信监控分站内置以太网交换机，通过网线连接本变电所千兆光纤以太网交换机，将通信信号传输到地面调度监控中心[5]。

从视觉景观的角度来讲，教堂广场区域属于中心聚集型景观，其视觉景观的核心为天主教堂主建筑，这也是广场空间的重要观赏面.通过对教堂广场区域的分析发现，广场空间的视线聚集性较高区域保持在天主教堂主建筑附近，是视域整合度核心区，但不合理的空间设计使得广场中心区域的视线聚集性骤减，成为中山路街区良性发展的阻碍.因此，完善教堂广场区域视觉廊道体系势在必行.

在井下各变电所不同母线段上各安装1台短路闭锁控制器；同一母线段上的所有分开关的智能保护装置输出的速断闭锁信号接入短路闭锁控制器的输入接口(共16个)，短路闭锁控制器的速断闭锁输出信号闭锁该母线段供电总开关的速断保护功能；该总开关的速断闭锁信号经过通信监控分站光电转换模块转换为光信号，通过光纤传输闭锁上一级变电所为其供电的开关速断保护功能。如此向上层层闭锁，确保供电线路发生短路故障时不发生越级跳闸[6]。

在地面35kV变电所供电调度监控中心安装3台服务器，其中1台作为通信服务器、另外2台作为数据视频服务器兼监控工作站，相互备用，并安装配置相关的电力监控组态软件以及视频监视软件，组成监控平台；监控主机、数据视频服务器等通过光缆与调度室以太网交换机进行连接，通过工业以太环网实现与各变电所的设备通信。

因变电所内距离较短，现场使用矿用阻燃通信电缆采用RS-485总线传输，实时性能仍能满足要求。上下级变电所之间采用光纤通道传输，其抗干扰能力强、传输速率快、传输距离远，完全满足系统对通信传输的各项严格要求[7]。对于有双回路电源的变电所，只需敷设1根四芯矿用阻燃光缆，用于变电所之间传输其防止短路越级跳闸的级联信号。具有施工简单，节省资金和时间的优点。

5 结论

本系统自实施应用以来，南屯煤矿供电系统更加安全、可靠，有效地杜绝了“越级跳闸”事故的发生，减少了非计划停电和故障停电，将停电影响范围控制到最小，避免了矿井大面积停电及其引发的其他事故，大大提高了矿井供电系统的安全可靠性。

参考文献：

[1] 陈少华. 电力系统继电保护[M]. 北京: 机械工业出版社, 2009: 67-69.

[2] 张学成. 工矿企业供电设计指导书[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2005: 180-250.

[3] 王康, 胡永辉, 马红皎. 基于IEEE1588的智能变电站时钟同步技术[J]. 电力科学与技术学报, 2011, 26(3): 9-14.

[4] 董小秋, 张伟. 基于闭锁控制的煤矿供电系统防越级跳闸新方案[J]. 中州煤炭,2012(11): 14-16.

[5] 吴君, 李维. 基于电力监控分站与高爆开关间双向通讯的防越级跳闸型过流保护系统研究[J]. 煤, 2013(10): 31-32.

[6] 史丽萍, 赵万云, 蒋朝明, 等. 煤矿井下防越级跳闸方案[J]. 煤矿安全, 2012, 43(8): 115-117.

[7] 陈原子, 徐习东. 基于并行冗余网络的数字化变电站通讯网络构架[J]. 电力自动化设备, 2011, 31(1): 105-108.

作者简介：王光生(1980—)，男，高级工程师。2004年毕业于佳木斯大学(硕士学位)，现从事机电技术管理工作，发表论文十余篇。