0 引言

在礦井供電系統(tǒng)中，經(jīng)常由于開關(guān)誤動和拒動，造成大面積停電。處理事故時，由于缺乏對電網(wǎng)狀態(tài)的**監(jiān)測監(jiān)控，事故發(fā)生的地點和原因不詳，很容易造成供電的二次事故。目前基于 IEEE1588 網(wǎng)絡(luò)高精度同步技術(shù)的保護(hù)系統(tǒng)在電力行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用，但在煤礦供電安全應(yīng)用幾乎為零。本文將該技術(shù)**應(yīng)用于煤礦電網(wǎng)，對井下供電系統(tǒng)運行狀態(tài)、故障診斷以及停送電操作實現(xiàn)綜合自動化管理，為礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。

1 礦井 6kV 電網(wǎng)越級跳閘原因分析

礦井電網(wǎng)存在的越級跳閘問題主要是由于井下某一條 6kV 線路發(fā)生單相接地或者短路而造成井上 6kV 開關(guān)站跳閘，從而使井下大面積停電，屬于嚴(yán)重的供電事故。由于故障地點不明，查找和排除往往要花費 1-2 天的時間，延誤時間、嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。發(fā)生越級跳閘事故主要原因如下：

①井下高爆開關(guān)綜合保護(hù)器性能沒有保證。井下高爆開關(guān)的綜合保護(hù)器是井下 6kV 供電線路的末端保護(hù)裝置，生產(chǎn)廠家很多，技術(shù)水平參差不齊，售價一般在兩千到三千元之間的保護(hù)器質(zhì)量很難保證。

②高爆開關(guān)綜合保護(hù)器的監(jiān)測機(jī)構(gòu)技術(shù)水平落后，無法對保護(hù)器性能參數(shù)進(jìn)行有效的檢測和監(jiān)督。據(jù)調(diào)查，目前為止煤炭系統(tǒng)指定保護(hù)器檢定機(jī)構(gòu)使用的檢測手段依然停留在 90 年代的技術(shù)水平。以保護(hù)器跳閘時間檢測為例，相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)使用的仍然是 90 年代流行的電子定時器，定時器本身的誤差沒法保證。檢測平臺也是自行設(shè)計制造的試驗臺，平臺本身的性能指標(biāo)尚且沒有相關(guān)第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)證和檢測，無法進(jìn)行保護(hù)器各項指標(biāo)的量值傳遞和量值溯源。目前的狀況仍然是指定檢測機(jī)構(gòu)“一家說了算”的格局。建議引入專業(yè)的繼電保護(hù)器檢定裝置：繼電保護(hù)測試儀，并對繼電保護(hù)測試儀性能指標(biāo)進(jìn)行量值溯源。

③目前煤礦電網(wǎng)是通過保護(hù)器的逐級延時整定來躲避越級跳閘，極不可靠。由于保護(hù)器性能不一而且性能參數(shù)無法保證，導(dǎo)致延時整定極不準(zhǔn)確，所以保護(hù)器不具備可靠的聯(lián)動性能。一旦發(fā)生故障，6kV 電網(wǎng)的多個保護(hù)器都進(jìn)行動作，從而導(dǎo)致整個供電網(wǎng)絡(luò)崩潰。

④煤炭行業(yè)保護(hù)器檢定標(biāo)準(zhǔn)只適合直流式保護(hù)器，未對交流采樣保護(hù)器性能作出相關(guān)規(guī)定。目前煤炭行業(yè)保護(hù)器執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)仍然是《JB 6314-92 礦用隔爆型檢漏繼電器》，

此標(biāo)準(zhǔn)由機(jī)械電子工業(yè)部 92 年批準(zhǔn)，93 年執(zhí)行，標(biāo)準(zhǔn)制定時是根據(jù)基于直流電阻保護(hù)原理的保護(hù)器制定的，但是相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)卻對現(xiàn)有交流采樣保護(hù)器也執(zhí)行同樣的標(biāo)準(zhǔn)。因而對于現(xiàn)有保護(hù)器監(jiān)管力度大打折扣，保護(hù)器準(zhǔn)入門檻太低。

2 防越級跳閘解決方案及關(guān)鍵技術(shù)

基于 IEEE1588 網(wǎng)絡(luò)高精度同步技術(shù)的保護(hù)系統(tǒng)主要由采區(qū)變電所、采煤工作面和井下中央變電所端的 PMU（相量測量單元）即智能保護(hù)裝置、通信系統(tǒng)和地面調(diào)度的監(jiān)測系統(tǒng)組成。各 PMU 通過網(wǎng)絡(luò)從各自的主時鐘得到高精度時鐘，各 PMU 的測量結(jié)果除按需要在本地進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘@示和記錄外, 必要信息還需要通過專用高速以太網(wǎng)送到測控分站，并通過光纖送到地面調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行集中處理。

2.1 防越級跳閘系統(tǒng)解決方案

①所有就地安裝的保護(hù)單元（合并單元）具備一致的跳閘性能，相關(guān)保護(hù)器性能指標(biāo)經(jīng)過第三方檢定。

②所有就地安裝的保護(hù)單元具備基于 IEEE1588 的**網(wǎng)絡(luò)時間同步功能，所有保護(hù)單元對各條 6kV 出線進(jìn)行同步采樣，采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過光纖上傳到集成保護(hù)測控裝置（相當(dāng)于測控分站）進(jìn)行全局判斷并統(tǒng)一發(fā)出跳閘指令。這是防止越級跳閘的關(guān)鍵技術(shù)。

③在網(wǎng)絡(luò)中斷情況下，就地保護(hù)單元仍然具備完善的保護(hù)功能，對故障進(jìn)行無延時的保護(hù)。

2.2 防止越級跳閘的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 IEEE1588 **網(wǎng)絡(luò)時間同步 基于 IEEE1588網(wǎng)絡(luò)高精度同步技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)多點對時、多時鐘對時的方案，當(dāng)一路信號失效時，不影響網(wǎng)絡(luò)同步授時精度，且不依賴于 GPS 授時，高精度穩(wěn)定的本地時鐘也可作為源時鐘。

要達(dá)到實時**測量之目的，一是要在統(tǒng)一時間基準(zhǔn)下進(jìn)行同步測量，二是要有足夠的精度。對于 50Hz 的工頻量而言，1ms 的同步誤差即可產(chǎn)生 18°的相位誤差；要保證相位誤差為 1°，就必須要求同步精度不超過 55μS。

**網(wǎng)絡(luò)時間同步需要通過以太網(wǎng)實現(xiàn)，所以使用1000M 光纖以太網(wǎng)，光纖以太網(wǎng)速度快，傳輸延時微?。痪W(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)具備透傳時鐘功能即交換機(jī)和普通時鐘之間可以互相計算路徑延遲和駐留時間，完全消除網(wǎng)絡(luò)延時的影響。綜上所述，每個環(huán)節(jié)的傳輸轉(zhuǎn)換延時之和在 1μS 以內(nèi)。

2.2.2 IEEE1588 的集散式礦井電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用方案 在井下配電系統(tǒng)和可能出現(xiàn)越級跳閘的地面 6KV 線路安裝智能測控終端，采用高速光纖網(wǎng)絡(luò)將采樣的數(shù)據(jù)上傳至位于地面開閉所或變電站的集成保護(hù)測控裝置?；谌緮?shù)據(jù)共享的保護(hù)裝置按如下原則配置保護(hù)和自動裝置：

①在各變電所之間的聯(lián)絡(luò)線配置雙側(cè)線路差動保護(hù)、三端線路差動保護(hù)；在各變電所母線配置母線差動保護(hù)；在負(fù)荷線路配置保護(hù)線路全長的過流速斷保護(hù)，由于以上速凍保護(hù)完全覆蓋了整個配電系統(tǒng)且均有明確的動作區(qū)，配電系統(tǒng)任一處故障時保護(hù)均能按*小停電原則立即動作因此完全解決了越級跳閘問題。②在各線路配置基本線路保護(hù)：方向過流保護(hù)，低壓保護(hù)，過壓保護(hù)，過負(fù)荷告警，PT 斷線告警，CT 斷線告警。③配置基于全系統(tǒng)零序電流的漏電保護(hù)。④為每個井下變電所配置備用自投軟件模塊，實現(xiàn)變電站進(jìn)線備自投。⑤為每條線路配置故障定位和測距模塊，故障時測距誤差小于 2.5%，保護(hù)動作時能發(fā)故障定位報文，方便工作人員查找故障點。

3 結(jié)語

本方案實現(xiàn)了保護(hù)盒測控系統(tǒng)的全數(shù)字化，保護(hù)配置靈活，充分發(fā)揮了 IEEE1588 系統(tǒng)的優(yōu)點，徹底解決了越級跳閘的問題，并且提供基于全系統(tǒng)零序電流的漏電保護(hù)功能。該系統(tǒng)的使用將有利的保證了井下供電的安全，減少事故跳閘次數(shù)，防止越級跳閘造成井下大面積停電。解決煤礦供電系統(tǒng)廣泛存在的越級跳閘問題，提高供電系統(tǒng)的供電可靠性，保證礦井安全生產(chǎn)。