0 引言

在礦井供電系統中，經常由于開關誤動和拒動，造成大面積停電。處理事故時，由于缺乏對電網狀態的**監測監控，事故發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 網絡高精度同步技術的保護系統在電力行業已經大規模應用，但在煤礦供電安全應用幾乎為零。本文將該技術**應用于煤礦電網，對井下供電系統運行狀態、故障診斷以及停送電操作實現綜合自動化管理，為礦井實現高產高效奠定了基礎。

1 礦井 6kV 電網越級跳閘原因分析

礦井電網存在的越級跳閘問題主要是由于井下某一條 6kV 線路發生單相接地或者短路而造成井上 6kV 開關站跳閘，從而使井下大面積停電，屬于嚴重的供電事故。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、嚴重影響安全生產。發生越級跳閘事故主要原因如下：

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

②高爆開關綜合保護器的監測機構技術水平落后，無法對保護器性能參數進行有效的檢測和監督。據調查，目前為止煤炭系統指定保護器檢定機構使用的檢測手段依然停留在 90 年代的技術水平。以保護器跳閘時間檢測為例，相關檢測機構使用的仍然是 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計制造的試驗臺，平臺本身的性能指標尚且沒有相關第三方機構進行認證和檢測，無法進行保護器各項指標的量值傳遞和量值溯源。目前的狀況仍然是指定檢測機構“一家說了算”的格局。建議引入專業的繼電保護器檢定裝置：繼電保護測試儀，并對繼電保護測試儀性能指標進行量值溯源。

③目前煤礦電網是通過保護器的逐級延時整定來躲避越級跳閘，極不可靠。由于保護器性能不一而且性能參數無法保證，導致延時整定極不準確，所以保護器不具備可靠的聯動性能。一旦發生故障，6kV 電網的多個保護器都進行動作，從而導致整個供電網絡崩潰。

④煤炭行業保護器檢定標準只適合直流式保護器，未對交流采樣保護器性能作出相關規定。目前煤炭行業保護器執行標準仍然是《JB 6314-92 礦用隔爆型檢漏繼電器》，

此標準由機械電子工業部 92 年批準，93 年執行，標準制定時是根據基于直流電阻保護原理的保護器制定的，但是相關檢測機構卻對現有交流采樣保護器也執行同樣的標準。因而對于現有保護器監管力度大打折扣，保護器準入門檻太低。

2 防越級跳閘解決方案及關鍵技術

基于 IEEE1588 網絡高精度同步技術的保護系統主要由采區變電所、采煤工作面和井下中央變電所端的 PMU（相量測量單元）即智能保護裝置、通信系統和地面調度的監測系統組成。各 PMU 通過網絡從各自的主時鐘得到高精度時鐘，各 PMU 的測量結果除按需要在本地進行適當的顯示和記錄外, 必要信息還需要通過專用高速以太網送到測控分站，并通過光纖送到地面調度系統進行集中處理。

2.1 防越級跳閘系統解決方案

①所有就地安裝的保護單元（合并單元）具備一致的跳閘性能，相關保護器性能指標經過第三方檢定。

②所有就地安裝的保護單元具備基于 IEEE1588 的**網絡時間同步功能，所有保護單元對各條 6kV 出線進行同步采樣，采樣數據統一通過光纖上傳到集成保護測控裝置（相當于測控分站）進行全局判斷并統一發出跳閘指令。這是防止越級跳閘的關鍵技術。

③在網絡中斷情況下，就地保護單元仍然具備完善的保護功能，對故障進行無延時的保護。

2.2 防止越級跳閘的關鍵技術

2.2.1 IEEE1588 **網絡時間同步 基于 IEEE1588網絡高精度同步技術是網絡多點對時、多時鐘對時的方案，當一路信號失效時，不影響網絡同步授時精度，且不依賴于 GPS 授時，高精度穩定的本地時鐘也可作為源時鐘。

要達到實時**測量之目的，一是要在統一時間基準下進行同步測量，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。

**網絡時間同步需要通過以太網實現，所以使用1000M 光纖以太網，光纖以太網速度快，傳輸延時微小；網絡中交換機具備透傳時鐘功能即交換機和普通時鐘之間可以互相計算路徑延遲和駐留時間，完全消除網絡延時的影響。綜上所述，每個環節的傳輸轉換延時之和在 1μS 以內。

2.2.2 IEEE1588 的集散式礦井電網保護系統的應用方案 在井下配電系統和可能出現越級跳閘的地面 6KV 線路安裝智能測控終端，采用高速光纖網絡將采樣的數據上傳至位于地面開閉所或變電站的集成保護測控裝置。基于全站數據共享的保護裝置按如下原則配置保護和自動裝置：

①在各變電所之間的聯絡線配置雙側線路差動保護、三端線路差動保護；在各變電所母線配置母線差動保護；在負荷線路配置保護線路全長的過流速斷保護，由于以上速凍保護完全覆蓋了整個配電系統且均有明確的動作區，配電系統任一處故障時保護均能按*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：方向過流保護，低壓保護，過壓保護，過負荷告警，PT 斷線告警，CT 斷線告警。③配置基于全系統零序電流的漏電保護。④為每個井下變電所配置備用自投軟件模塊，實現變電站進線備自投。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%，保護動作時能發故障定位報文，方便工作人員查找故障點。

3 結語

本方案實現了保護盒測控系統的全數字化，保護配置靈活，充分發揮了 IEEE1588 系統的優點，徹底解決了越級跳閘的問題，并且提供基于全系統零序電流的漏電保護功能。該系統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，防止越級跳閘造成井下大面積停電。解決煤礦供電系統廣泛存在的越級跳閘問題，提高供電系統的供電可靠性，保證礦井安全生產。