礦井電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)的升級探討

國能寧煤集團梅花井煤礦生產(chǎn)服務中心 寧夏 銀川 751400

正文：

引言

隨著現(xiàn)代化礦井自動化、信息化程度的不斷提升，穩(wěn)定可靠的供電對煤礦的安全運行起到至關(guān)重要的作用，對煤礦電力系統(tǒng)實施監(jiān)控成為保障其安全生產(chǎn)的必然要求[1-2]。由于梅花井煤礦部分設備老化，短路過流故障時有發(fā)生，導致礦區(qū)內(nèi)電力監(jiān)控網(wǎng)可靠性差，且系統(tǒng)自動化程度不高，未能及時防止越級跳閘事件的發(fā)生。因此，我礦提出一種新的監(jiān)測方案，采用MPR304S(A)數(shù)字式礦用綜合保護裝置，吸收并借鑒了地面智能變電站綜合自動化裝置成熟的軟硬件技術(shù)，集成繼電保護、在線監(jiān)測、綜合測控及數(shù)據(jù)通信等功能于一體，確保煤礦安全生產(chǎn)，消除電力隱患[3]。

1 礦井電力系統(tǒng)現(xiàn)狀

梅花井煤礦現(xiàn)有電力監(jiān)控設備普遍存在使用年限較長、線路老化嚴重、裝置系統(tǒng)更新不及時、通訊兼容性差等諸多問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1) 調(diào)度監(jiān)控主機出現(xiàn)死機現(xiàn)象，影響對井下變電所的在線監(jiān)控。

2) 井下變電所電力監(jiān)控分站內(nèi)主機出現(xiàn)重啟故障，影響運行；部分高爆開關(guān)柜內(nèi)防越級光纖損壞，導致該部分裝置通訊中斷，進而影響整體防越級系統(tǒng)。

3) 主通風機房及制氮機房電力監(jiān)控系統(tǒng)，由于原保護裝置通訊接口存在問題，使得與新系統(tǒng)不匹配、不兼容，電力監(jiān)控基本處癱瘓狀態(tài)。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

2.1 井下地面一體化技術(shù)

2.1.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)

井下地面一體化電力監(jiān)控系統(tǒng)具有如下3點優(yōu)勢：

1) 基于先進網(wǎng)絡通信技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)建通信系統(tǒng)。

2) 利用數(shù)字化變電站標準的信息接口實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有智能設備的“互操作”和“即插即用”。

3) 地面井下變電站一體化管理的電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)各種電力數(shù)據(jù)管理、控制操作及繼電保護信息統(tǒng)一管理，實現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設備的全面自動化監(jiān)控。

2.1.2 防越級跳閘系統(tǒng)

井下地面一體化防越級跳閘系統(tǒng)具有如下2點優(yōu)勢：

1) 基于網(wǎng)絡智能識別的電流保護、改進型零序?qū)Ъ{原理的漏電保護技術(shù)，從原理上解決了煤礦企業(yè)電網(wǎng)的“越級跳閘”問題。

2) 發(fā)生故障時實現(xiàn)故障精確定位、事故準確分析、故障快速隔離、故障快速排除、故障一鍵恢復，確保井下供電系統(tǒng)的安全可靠運行。

2.2 MPR304S(A)保護裝置

2.2.1 裝置概述

MPR304S(A)數(shù)字式礦用綜合保護裝置，采用智能零時限電流保護的方式實現(xiàn)輻射型配電網(wǎng)絡中上下級繼電保護的配合，可以可靠的實現(xiàn)故障的定位，在不犧牲繼電保護裝置的選擇性和速動性的基礎之上實現(xiàn)繼電保護功能的合理配置；裝置采用改進型零序?qū)Ъ{原理的漏電保護技術(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)不平衡電流，動態(tài)識別故障前后系統(tǒng)零序?qū)Ъ{的變化軌跡，判定故障線路，自適應系統(tǒng)各種接地方式，保證裝置漏電保護動作的可靠性；裝置采用動態(tài)過流技術(shù)區(qū)分電機冷啟動和熱啟動，解決系統(tǒng)電壓降低時電機同時啟動造成的總進線開關(guān)過電流跳閘問題。

2.2.2 工作原理

該保護裝置的工作原理如圖1所示。

圖1 MPR304S(A)保護裝置工作原理圖

裝置采集供電系統(tǒng)的電壓、電流、弧光信號和開關(guān)、非電量保護等開入量信號，經(jīng)信號變換、隔離、濾波、信號處理、AD轉(zhuǎn)換等電路處理后，進入數(shù)字信號處理器（DSP），DSP的軟件系統(tǒng)對各種采樣信號進行數(shù)字濾波、傅里葉變換、數(shù)學運算和邏輯運算后，輸出顯示信息，提供各種保護功能，通信接口，將測控信息通過CAN總線輸出。裝置的所有輸入和輸出信號及電源均經(jīng)過磁、光或繼電器隔離處理。

3 技術(shù)升級改進方案

為改變上述礦井電力系統(tǒng)存在的不足，保障煤礦正常穩(wěn)定運行，消除安全隱患，實現(xiàn)從根本上解決越級跳閘的問題[4]，經(jīng)討論研究提出了具有防“越級跳閘”功能的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)改進方案。

3.1 井下變電所升級改造

1) 井下各變電所的防越級保護裝置均選用升級后的MPR304S(A)保護裝置和防越級電流保護控制器KHL127A，前者具有在線測溫功能和閃弧檢測功能。防越級跳閘系統(tǒng)采用專用網(wǎng)絡，各變電所間及保護裝置間采用光纖通道實現(xiàn)信息交互，且與電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡互不干擾。

2) 高爆開關(guān)柜需更換光纖接線柱及防越級專用光纜，并與地面變電所形成防越級系統(tǒng)。綜保裝置將通過以太網(wǎng)通訊方式接入到本所環(huán)網(wǎng)交換機后，上傳至調(diào)度監(jiān)控，實現(xiàn)四遙功能。

3) 為統(tǒng)計井下變電所用電量，對現(xiàn)有的高壓綜合保護器進行軟件升級。通過修改保護器內(nèi)部電度值計量算法、調(diào)整計算間隔、優(yōu)化計算時序等方式來實現(xiàn)電度計量精度要求。

3.2 地面升級改造

1) 對調(diào)度室電力監(jiān)控后臺及主機進行全面升級更換，增加電度計量軟件1套，用于井下高低壓用電量統(tǒng)計。

2) 主通風機房、制氮機房、壓風機房及主運輸驅(qū)動機房內(nèi)的所有開關(guān)，均更換為新保護裝置，并各自增加WET9751型通訊管理機，將本機房通訊信息收集到管理機后，轉(zhuǎn)出上傳至調(diào)度后臺，達到電力監(jiān)控的信息化目的。

4 改造后成效

通過對我礦電力監(jiān)控及防越級跳閘系統(tǒng)的技術(shù)升級改造，構(gòu)建集成了礦用電站綜合自動化系統(tǒng)，實時向監(jiān)控系統(tǒng)傳送開關(guān)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素、電度、保護裝置動作信號、斷路器和刀閘位置、事件順序記錄（SOE）等遙測和遙信量。能夠?qū)路涝郊壪到y(tǒng)運行情況進行在線監(jiān)測與網(wǎng)絡化傳輸，提高了礦井電網(wǎng)的自動化水平、運行效率和經(jīng)濟效益，為礦井電網(wǎng)的安全運行提供決策支持。