智能一體化控制電源系統(tǒng)在礦井中的應(yīng)用

秦國峰

（山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司五陽煤礦，山西長治 046000）

0 前言

隨著潞安集團(tuán)五陽煤礦開采年限的增加，礦井采面也在逐步延伸擴(kuò)大，產(chǎn)生了很多井下盤區(qū)變電所，已發(fā)展為多級(jí)變電所供電模式，加之采用的速斷保護(hù)沒有時(shí)限，這樣當(dāng)設(shè)備與電纜突發(fā)故障時(shí)，便易出現(xiàn)頻繁越級(jí)跳閘現(xiàn)象，易對(duì)多個(gè)盤區(qū)變電所造成影響，而當(dāng)盤區(qū)變電所出現(xiàn)停電現(xiàn)象后，開關(guān)保護(hù)也無法準(zhǔn)確顯示故障信息，這樣便會(huì)增大故障點(diǎn)的排除難度。易影響礦井安全生產(chǎn)，對(duì)此研究智能化一體化的控制電源系統(tǒng)也顯得越來越重要[1]。

1 控制電源系統(tǒng)的功能

控制電源系統(tǒng)是一種專為井下變電硐室及監(jiān)測監(jiān)控中心提供安全、可靠、長延時(shí)后備電源的裝置，主要涉及煤礦井下變電硐室隔爆型高壓開關(guān)柜（高爆柜）的控制和保護(hù)電源及安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的后備電源，具體包括：

（1）為煤礦井下變電硐室高爆柜提供與供電系統(tǒng)完全獨(dú)立的控制和保護(hù)電源[2]；

（2）為煤礦井下變電硐室電力監(jiān)控中心提供長延時(shí)后備電源；

（3）為煤礦井下瓦斯監(jiān)測、人員定位等監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備提供長延時(shí)后備電源；

（4）依據(jù)用戶不同電源需求，可以同時(shí)提供多個(gè)電壓等級(jí)的交流或直流后備電源。

2 背景及存在問題

（1）當(dāng)前所有煤礦井下高爆柜的控制和保護(hù)電源，均與高壓供電系統(tǒng)同源，即高爆柜的控制和保護(hù)電源由柜內(nèi)高壓互感器二次線圈輸出的100 V交流電源提供?？刂坪捅Ｗo(hù)電源不獨(dú)立，供電可靠性差，故障率高，容易引發(fā)大面積停電事故。如以五陽煤礦2017年發(fā)生的一起礦井停電事故為例，受礦井移動(dòng)變壓器高壓頭放炮的影響，致使礦井地面35 kV變電所裝設(shè)的10 kV開關(guān)柜發(fā)生速斷跳閘現(xiàn)象，直接越過礦井的3個(gè)盤區(qū)變電所，造成礦井總開關(guān)跳閘，而對(duì)于此次故障的排除，只能進(jìn)行逐級(jí)與逐臺(tái)開關(guān)遙測，并挨個(gè)檢查各臺(tái)移動(dòng)變壓器，從礦井停電到成功查到故障點(diǎn)耗費(fèi)了大量時(shí)間，由此可見，十分有必要給礦井高爆開關(guān)配置獨(dú)立的電源系統(tǒng)[3]。

（2）當(dāng)6～10 kV高壓供電線路出現(xiàn)故障停電后，保護(hù)裝置電源失電，無法查詢故障信息，故障判斷處理難度增加，影響恢復(fù)送電時(shí)間。

（3）由于采用的是與供電系統(tǒng)同源的控保電源，隨著系統(tǒng)電壓的頻繁波動(dòng)、多次諧波干擾等不良因素也通過高壓互感器直接傳遞至保護(hù)裝置電源端，造成保護(hù)裝置工作電源的質(zhì)量和穩(wěn)定性差，長期如此，可導(dǎo)致保護(hù)裝置保護(hù)特性下降[4]。

（4）電力監(jiān)測監(jiān)控中心是煤礦井下供電系統(tǒng)與井上調(diào)度中心聯(lián)系的紐帶。井下供電運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)等重要信息的上傳、關(guān)鍵設(shè)備的遠(yuǎn)程操作等功能都依賴該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。如果電力監(jiān)測監(jiān)控中心沒有可靠的后備電源，在井下停電時(shí)，其實(shí)時(shí)監(jiān)測功能將無法實(shí)現(xiàn)。

（5）由于當(dāng)前煤礦井下電源技術(shù)的限制，煤礦井下瓦斯監(jiān)控監(jiān)測設(shè)備、人員定位系統(tǒng)的后備電源容量小、延時(shí)短，不能滿足眾多煤礦監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備需要4～8個(gè)小時(shí)后備時(shí)間的要求。當(dāng)監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備失電后，所有監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不能及時(shí)上傳到調(diào)度中心，存在一定安全隱患[5]。

3 電源系統(tǒng)的組成

礦用隔爆兼本安型一體化電源主要由以下兩部分組成：

（1）礦用隔爆兼本安型鋰離子蓄電池電源：DXJL6600∕110J(A)；

（2）礦用隔爆型饋電控制箱：KXBK1140(660)，電源箱和饋電箱既可以組合成一套設(shè)備使用，也可以獨(dú)立使用于不同場所。

4 電源系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)輸入電源范圍廣泛，可以選擇交流1140V或660V電源，電源波動(dòng)范圍±15%。

（2）系統(tǒng)可以輸出多種電源：

①煤礦井下變電硐室高爆柜的控制和操作電源，直流：DC110V（±2%），交流：AC110V（穩(wěn)壓精度±2%）；

②煤礦井下變電硐室電力監(jiān)測中心后備電源AC127V交流電源（穩(wěn)壓精度±2%）；

③煤礦井下瓦斯、人員定位等監(jiān)測監(jiān)控后備電源AC127V交流電源（穩(wěn)壓精度±2%）[6]。

（3）對(duì)于井下設(shè)備的斷電檢修，可采用兩種檢修方式：

①采用原有電壓互感器作為臨時(shí)檢修電源，在一體化電源系統(tǒng)需要斷電檢修時(shí)，通過快速繼電器切換到電壓互感器輸出電源臨時(shí)供電；

②采用直流電源旁路供電方式，在一體化電源需要開啟設(shè)備腔前門檢修時(shí)，通過檢修旁路為負(fù)載供電。

（4）具有本安通信功能，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)向調(diào)度中心傳輸。

（5）后備時(shí)間長，根據(jù)負(fù)載設(shè)備容量，其后備時(shí)間長達(dá)4～10小時(shí)。

（6）一套系統(tǒng)可以配置兩套蓄電池電源裝置，成倍延長后備時(shí)間。且兩套蓄電池電源裝置采用專利控制技術(shù)，無需并聯(lián)使用，一主一備，冗余備用。

（7）系統(tǒng)具有多種保護(hù)功能：包括蓄電池過充保護(hù)、蓄電池過放保護(hù)、短路保護(hù)、充電過流保護(hù)、放電過流保護(hù)、蓄電池溫度保護(hù)、直流接地保護(hù)（告警）。

（8）具有開門斷電聯(lián)鎖功能，即，在高爆柜需要檢修時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高爆柜開門，蓄電池電源裝置停止供電，符合煤礦安全規(guī)程要求，安全性可靠性高[7]。

5 礦井高爆開關(guān)一體化電源系統(tǒng)的應(yīng)用

當(dāng)前，五陽煤礦各盤區(qū)變電所使用的高爆開關(guān)，大多為國產(chǎn)的ZBT-11綜合保護(hù)器，這類保護(hù)器為雙CPU結(jié)構(gòu)，且這兩個(gè)CPU彼此獨(dú)立運(yùn)行，即為控制單元與保護(hù)單元，讓這兩個(gè)單元獨(dú)立運(yùn)行，以使裝置更可靠，但近年來，隨著礦井生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，耗電量的逐步增加，加之供電距離的逐步增大，此保護(hù)系統(tǒng)已很難滿足礦井使用需要。

對(duì)此，五陽煤礦積極引入了礦用隔爆兼本安型一體化電源系統(tǒng)，并在五陽煤礦礦井變電所得到了成功應(yīng)用。此系統(tǒng)電源部分可饋出多個(gè)喇叭嘴，可為多臺(tái)高爆開關(guān)直流供電系統(tǒng)同時(shí)提供電能。

該智能化一體化的電源系統(tǒng)所用的供電電源主要為盤區(qū)的1 140 V與660 V電源，借助分接頭變壓器，可把這些電源轉(zhuǎn)變?yōu)?80 V的電源，并采用了蓄電池組來為系統(tǒng)的供充電模塊供電，讓變換模塊充當(dāng)主輸出。這種雙直流供電系統(tǒng)，可有效提高供電的連續(xù)性和可靠性，當(dāng)其中一路發(fā)生故障時(shí)，另一路仍能正常工作。當(dāng)?shù)蛪合到y(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電池組也能輸出正常的連續(xù)可靠的電源。此外，電源系統(tǒng)配備的BMS電池管理系統(tǒng)，也能對(duì)各單體電池的電壓大小及實(shí)際充放電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，能起到有效保護(hù)系統(tǒng)充電回路與電池組的作用[8]。

6 結(jié)論

此裝置在五陽煤礦井下變電所投用，運(yùn)行良好，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下控制和保護(hù)電源、后備電源向隔爆型、大容量、高安全性、高可靠性的飛躍，同時(shí)解決了原有設(shè)備的安全性和可靠性缺陷，為井下供電、安全監(jiān)測監(jiān)控的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展提供了電源保障，是未來井下電源技術(shù)發(fā)展的方向。