煤礦智能供電系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用

崔志勇

(西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦，山西 興縣 033602)

煤礦智能供電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)全礦井供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化、智能化的完整方案，主要包括:地面集中監(jiān)控中心、地面變電站保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)、地面配電所保護(hù)自動(dòng)系統(tǒng)、井下中央變電所、采區(qū)變電所保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)、移動(dòng)變電站保護(hù)以及通訊分站等。系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，通訊介質(zhì)支持光纖。采用國際通用的IEC61850 和IEC60870－5 規(guī)約，該規(guī)約是建設(shè)智能電網(wǎng)的核心通訊標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作性，做到不同產(chǎn)品設(shè)備的“即插即用”。采用以太網(wǎng)作為通訊媒介，避免了通訊分站數(shù)據(jù)間轉(zhuǎn)換的瓶頸問題，極大地提高了監(jiān)控系統(tǒng)的反應(yīng)速度，優(yōu)化了監(jiān)控系統(tǒng)的性能。

1 煤礦智能供電監(jiān)控中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦智能供電系統(tǒng)監(jiān)控范圍:地面變電站、配電所、井下中央變電所、移動(dòng)變電站及低壓供電系統(tǒng)。

監(jiān)控主站包括各變電所的就地監(jiān)控分站和集中中心的監(jiān)控主站，無人值班變電所可以取消或簡化就地監(jiān)測分站，集控中心的監(jiān)控主站系統(tǒng)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房建設(shè)，一般由2 臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成，與礦井自動(dòng)化系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。煤礦智能供電系統(tǒng)監(jiān)控示意圖見圖1。

圖1 煤礦智能供電系統(tǒng)監(jiān)控示意圖

2 智能化供電系統(tǒng)功能

煤礦供電系統(tǒng)中，10 kV/6 kV 地面、井下配電網(wǎng)絡(luò)的供電系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，級(jí)聯(lián)變電所較多、且線路主要采用短距離絕緣電纜方式。為了保證動(dòng)作的靈敏性，速斷保護(hù)的范圍常會(huì)和下一級(jí)變電站出線或移動(dòng)變電站的速斷保護(hù)范圍重合;而且為了保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備，地面變電所出線速斷保護(hù)一般采用無延時(shí)設(shè)計(jì)，不能利用延時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，所以從理論上來講出線短路故障造成越級(jí)跳閘是不可避免的;實(shí)際運(yùn)行中，人工的定值整定問題也加劇了保護(hù)越級(jí)跳閘的情況發(fā)生。

智能化煤礦供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是利用高速光纖以太網(wǎng)技術(shù)和規(guī)范化的IEC61850 通訊技術(shù)，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)首先通過各種保護(hù)裝置的快速信息交換判斷故障位置，命令最靠近故障點(diǎn)的開關(guān)切除故障，避免了上級(jí)保護(hù)的誤動(dòng)作。保護(hù)動(dòng)作機(jī)制更多依賴于全網(wǎng)絡(luò)的綜合信息而不再僅僅受本裝置電流定值的限制，降低了定值造成的風(fēng)險(xiǎn)。利用同樣的機(jī)制，也可以解決大容量移動(dòng)變電站空頭時(shí)帶來的線路保護(hù)的誤動(dòng)作問題。

其具體過程如下，考慮極限情況線路末端短路僅靠電流定值無法滿足選擇性，所有流過故障電流的保護(hù)裝置均能啟動(dòng)速斷保護(hù)，本保護(hù)裝置速斷啟動(dòng)同時(shí)向上一級(jí)發(fā)出閉鎖信號(hào)，同時(shí)檢測下級(jí)是否有閉鎖信息發(fā)出，如果檢測到閉鎖信息則閉鎖速斷出口，否則，經(jīng)過一個(gè)短路延時(shí)后跳閘，延時(shí)時(shí)間與閉鎖信息時(shí)間可靠傳輸時(shí)間進(jìn)行配合，實(shí)際礦井應(yīng)用中延時(shí)時(shí)間不大于50 ms。智能化煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理示意圖見圖2。

圖2 智能化煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理示意圖

3 全方位優(yōu)化的一體化電力監(jiān)控功能

煤礦智能供電系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)提高供電可靠的同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)“四搖”的電力監(jiān)控的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況開發(fā)了大量的實(shí)用化功能，使該系統(tǒng)更能完整的反應(yīng)一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，簡化管理，優(yōu)化運(yùn)行。

保護(hù)功能:所有10/6 kV 配電點(diǎn)配置的保護(hù)測控裝置，能完整實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路、變壓器、電容器、井下電纜等設(shè)備的保護(hù)功能，保護(hù)類型包括電流保護(hù)、電壓保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、漏電保護(hù)等。

“四搖”功能:地面、井下供電系統(tǒng)各高壓供電點(diǎn)運(yùn)行模擬量、狀態(tài)量實(shí)時(shí)上傳;地面集中監(jiān)控中心遠(yuǎn)程分合操作、定值修改與維護(hù)。

電能質(zhì)量監(jiān)測和分析:供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中各高壓供電點(diǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測，主要包括:電壓偏差、電壓合格率、頻率偏差、頻率合格率、電壓不平衡、諧波(15 次)等。并在集中監(jiān)控平臺(tái)配置輔助分析功能。使用時(shí)能清晰地了解整個(gè)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和諧波分布情況，并可據(jù)此采用相應(yīng)的治理策略。

能效管理功能:地面、井下所有的保護(hù)監(jiān)控裝置具備精準(zhǔn)的電能計(jì)算功能，計(jì)量精度能滿足實(shí)用化要求，尤其在井下高壓開關(guān)內(nèi)部空間較小時(shí)具有突出效果。同時(shí)可以減少電度表及其輔助通訊設(shè)施的投資。

自動(dòng)化的配置管理與在線仿真:由于供電網(wǎng)絡(luò)隨著綜采、綜掘工作面的更換而變化，因此，快速自動(dòng)化的配置管理與檢驗(yàn)變得越來越重要，系統(tǒng)輔助的自動(dòng)配置功能可以極大地簡化維護(hù)人員的工作量。系統(tǒng)支持運(yùn)行中或系統(tǒng)變更后的在線仿真功能，能模擬系統(tǒng)各個(gè)故障檢查系統(tǒng)中各個(gè)保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作行為，進(jìn)而檢查系統(tǒng)參數(shù)配置的合理性。

智能“自愈”與轉(zhuǎn)供提醒:系統(tǒng)采用備用電源自投等功能實(shí)現(xiàn)地面主扇、水泵房、絞車房的雙回路自動(dòng)切換;利用智能配電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)地面環(huán)網(wǎng)供電的快速故障隔離與供電恢復(fù);系統(tǒng)發(fā)生短路故障并切除后自動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)涮崾咀罴训霓D(zhuǎn)供方案，簡化運(yùn)行人員的管理方式。

4 結(jié)束語

智能化供電系統(tǒng)是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，智能化供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全礦供電網(wǎng)絡(luò)一體化判斷與管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，極大地提高了供電網(wǎng)絡(luò)智能化水平和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

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