通过电路分析可以得出,当供电系统线路很长时,供电系统的开端和末端会存在很大的短路电流差值,且线路电流变化趋势陡峭,所以继电保护范围较为广泛;当供电系统线路较短时,供电系统的开端和末端的短路电流差值几乎为零,且线路电流变化趋势平缓,故而继电保护范围较为狭小。
由于煤矿开采的特殊性,井下多选用很多段较短的电缆线路形成供电网络,这就导致电路系统上下级间不存在明显的短路电流差值,大大降低了继电保护范围,速断保护的设置起不到应有的作用。在实际应用中发现,如果下一级的电路短路,形成较大的短路电流同时符合上下级的继电保护范围,所以速断装置同时被启动,甚至上级速断装置动作更快,从而产生了越级跳闸。
煤矿井下生产时会产生瓦斯等易燃易爆性气体,从安全角度考虑,要求井下的供电系统使用高压防爆开关。高压防爆开关要随着矿井的产量和电量负荷进行不断的更换,但是与地面变电所的供电设备配合效果不佳。
煤矿井下现使用的高压防爆开关的动作时间是由继电保护装置的动作时间和自身的固有动作时间共同决定的。继电保护装置的动作时间是通过电流互感器感知电磁来确定的,由于每个电流互感器的磁化曲线不尽相同,导致其保护准确度较低,保护的整定值会与其动作值存在一定的误差。另外,井下潮湿的环境会影响高压防爆开关的灵敏性,延迟了开关自身的固有动作时间,发生短路故障时,井下高压防爆开关的动作慢于地面的高压开关动作,故而产生了井下高压电网的越级跳闸。
速断保护的原则是上下级存在0.5s的级差阶梯,也就是下级速断保护装置的动作时间要早于上级速断保护装置0.5s,上下级配合共同起到速断保护的作用。
但在煤矿企业的实际生产中,一方面为了能够快速的切断电路故障,另一方面是如果速断保护装置采用了0.5s的级差,则需要添加很多的电缆,大大增加了矿井的投资成本,还会降低供电系统的安全性,增大电缆的管理难度。所以一般煤矿会将上下级电流速断保护装置的时间级差设置为0s,这样一来当发生电路故障时,上下级速断保护装置会同时动作,造成越级跳闸的发生。
煤矿井下供电系统欠电压释放保护回路不合理煤矿井下条件复杂,使用的电动机数量很多,需要的启动电流很大。在一些大型的综采工作面,为提高采煤效率,可达到很高的机械化程度,使用了大量的大功率综采设备,且均位于供电线路的末端。在其直接启动的瞬间,造成末端电压的迅速下降,使得末端断路器的工作电压低于正常的工作值,断路器便会发生跳闸并闭锁保护,这类情况属于断路器的误动作。
这种末端大容量电动机直接启动的情况,也会降低地面变电所母线的三相电压,影响此母线上其他电动机的正常使用。要恢复母线的话,就会同时启动多台大容量电动机,会启动地面线路的过负荷保护,延时后出现越级跳闸,将停电范围进一步扩大。