0 引言
在矿井供电系统中，经常由于开关误动和拒动，造成大面积停电。处理事故时，由于缺乏对电网状态的**监测监控，事故发生的地点和原因不详，很容易造成供电的二次事故。目前基于 IEEE1588 网络高精度同步技术的保护系统在电力行业已经大规模应用，但在煤矿供电安全应用几乎为零。本文将该技术**应用于煤矿电网，对井下供电系统运行状态、故障诊断以及停送电操作实现综合自动化管理，为矿井实现高产高效奠定了基础。
1 矿井 6kV 电网越级跳闸原因分析
矿井电网存在的越级跳闸问题主要是由于井下某一条 6kV 线路发生单相接地或者短路而造成井上 6kV 开关站跳闸，从而使井下大面积停电，属于严重的供电事故。由于故障地点不明，查找和排除往往要花费 1-2 天的时间，延误时间、严重影响安全生产。发生越级跳闸事故主要原因如下：
①井下高爆开关综合保护器性能没有保证。井下高爆开关的综合保护器是井下 6kV 供电线路的末端保护装置，生产厂家很多，技术水平参差不齐，售价一般在两千到三千元之间的保护器质量很难保证。
②高爆开关综合保护器的监测机构技术水平落后，无法对保护器性能参数进行有效的检测和监督。据调查，目前为止煤炭系统指定保护器检定机构使用的检测手段依然停留在 90 年代的技术水平。以保护器跳闸时间检测为例，相关检测机构使用的仍然是 90 年代流行的电子定时器，定时器本身的误差没法保证。检测平台也是自行设计制造的试验台，平台本身的性能指标尚且没有相关第三方机构进行认证和检测，无法进行保护器各项指标的量值传递和量值溯源。目前的状况仍然是指定检测机构“一家说了算”的格局。建议引入专业的继电保护器检定装置：继电保护测试仪，并对继电保护测试仪性能指标进行量值溯源。
③目前煤矿电网是通过保护器的逐级延时整定来躲避越级跳闸，极不可靠。由于保护器性能不一而且性能参数无法保证，导致延时整定极不准确，所以保护器不具备可靠的联动性能。一旦发生故障，6kV 电网的多个保护器都进行动作，从而导致整个供电网络崩溃。
④煤炭行业保护器检定标准只适合直流式保护器，未对交流采样保护器性能作出相关规定。目前煤炭行业保护器执行标准仍然是《JB 6314-92 矿用隔爆型检漏继电器》，
此标准由机械电子工业部 92 年批准，93 年执行，标准制定时是根据基于直流电阻保护原理的保护器制定的，但是相关检测机构却对现有交流采样保护器也执行同样的标准。因而对于现有保护器监管力度大打折扣，保护器准入门槛太低。
2 防越级跳闸解决方案及关键技术
基于 IEEE1588 网络高精度同步技术的保护系统主要由采区变电所、采煤工作面和井下中央变电所端的 PMU（相量测量单元）即智能保护装置、通信系统和地面调度的监测系统组成。各 PMU 通过网络从各自的主时钟得到高精度时钟，各 PMU 的测量结果除按需要在本地进行适当的显示和记录外, 必要信息还需要通过专用高速以太网送到测控分站，并通过光纤送到地面调度系统进行集中处理。
2.1 防越级跳闸系统解决方案
①所有就地安装的保护单元（合并单元）具备一致的跳闸性能，相关保护器性能指标经过第三方检定。
②所有就地安装的保护单元具备基于 IEEE1588 的**网络时间同步功能，所有保护单元对各条 6kV 出线进行同步采样，采样数据统一通过光纤上传到集成保护测控装置（相当于测控分站）进行全局判断并统一发出跳闸指令。这是防止越级跳闸的关键技术。
③在网络中断情况下，就地保护单元仍然具备完善的保护功能，对故障进行无延时的保护。
2.2 防止越级跳闸的关键技术
2.2.1 IEEE1588 **网络时间同步 基于 IEEE1588网络高精度同步技术是网络多点对时、多时钟对时的方案，当一路信号失效时，不影响网络同步授时精度，且不依赖于 GPS 授时，高精度稳定的本地时钟也可作为源时钟。
要达到实时**测量之目的，一是要在统一时间基准下进行同步测量，二是要有足够的精度。对于 50Hz 的工频量而言，1ms 的同步误差即可产生 18°的相位误差；要保证相位误差为 1°，就必须要求同步精度不超过 55μS。
**网络时间同步需要通过以太网实现，所以使用1000M 光纤以太网，光纤以太网速度快，传输延时微小；网络中交换机具备透传时钟功能即交换机和普通时钟之间可以互相计算路径延迟和驻留时间，完全消除网络延时的影响。综上所述，每个环节的传输转换延时之和在 1μS 以内。
2.2.2 IEEE1588 的集散式矿井电网保护系统的应用方案 在井下配电系统和可能出现越级跳闸的地面 6KV 线路安装智能测控终端，采用高速光纤网络将采样的数据上传至位于地面开闭所或变电站的集成保护测控装置。基于全站数据共享的保护装置按如下原则配置保护和自动装置：
①在各变电所之间的联络线配置双侧线路差动保护、三端线路差动保护；在各变电所母线配置母线差动保护；在负荷线路配置保护线路全长的过流速断保护，由于以上速冻保护完全覆盖了整个配电系统且均有明确的动作区，配电系统任一处故障时保护均能按*小停电原则立即动作因此完全解决了越级跳闸问题。②在各线路配置基本线路保护：方向过流保护，低压保护，过压保护，过负荷告警，PT 断线告警，CT 断线告警。③配置基于全系统零序电流的漏电保护。④为每个井下变电所配置备用自投软件模块，实现变电站进线备自投。⑤为每条线路配置故障定位和测距模块，故障时测距误差小于 2.5%，保护动作时能发故障定位报文，方便工作人员查找故障点。
3 结语
本方案实现了保护盒测控系统的全数字化，保护配置灵活，充分发挥了 IEEE1588 系统的优点，彻底解决了越级跳闸的问题，并且提供基于全系统零序电流的漏电保护功能。该系统的使用将有利的保证了井下供电的安全，减少事故跳闸次数，防止越级跳闸造成井下大面积停电。解决煤矿供电系统广泛存在的越级跳闸问题，提高供电系统的供电可靠性，保证矿井安全生产。
