西銘礦玉門變電站35 kV供電系統(tǒng)的智能化改造

徐愛彥

（西山煤電股份有限公司西銘礦，太原 030053）

0 引言

西銘礦玉門變電原有的變電站開關(guān)和保護(hù)裝置都為20世紀(jì)80年代的機(jī)械操作機(jī)構(gòu)和機(jī)械繼電器，變電站一、二次保護(hù)自動化程度低，操作機(jī)構(gòu)存在腐蝕或損壞、繼電器老化、備件短缺、誤動作、拒動等事故時(shí)有發(fā)生。隨著西銘礦的礦井向西部、北部延伸，生產(chǎn)任務(wù)逐年增加，對生產(chǎn)供電的安全帶來安全隱患。玉門變電站安全供電運(yùn)行只靠玉門變電站現(xiàn)有的值班人員不能滿足安全運(yùn)行。

1 西銘礦玉門變電站

2006年，玉門變電站改造成自動化、電腦監(jiān)控、帶報(bào)警提醒、遠(yuǎn)方操作和帶有五防閉鎖功能KYN-6高開柜的綜合化變電站。西銘礦玉門35 kV變電站位于玉門地區(qū)，由杜兒坪110 kV變電站引杜玉線、河龍灣110 kV變電站引河玉線兩趟35 kV線路供玉門變電站；玉門變電站35 kV還分別轉(zhuǎn)供磺廠變電站和支架廠變電站；站內(nèi)設(shè)備主要有2臺8 000 kVA主變，型號為SF-8000/35，34臺6 kV開關(guān)，7臺35 kV開關(guān)，2套無功綜合調(diào)節(jié)裝置（電容），2套直流屏供電系統(tǒng)，2套電池組，1套雙電源自動切換裝置，2套小電流接地保護(hù)屏。玉門變電站在正常情況下，采用分列運(yùn)行方式，河玉線帶1#主變，帶6 kV I段；杜玉線帶2#主變，帶6 kVⅡ段；35 kV聯(lián)絡(luò)開關(guān)350在斷開位置，處于熱備狀態(tài)；6 kV母聯(lián)開關(guān)6001在斷開位置，處于熱備狀態(tài)。

2 雙電源自動切換

35 kV玉門變電站擔(dān)負(fù)著西銘礦區(qū)所有的民用電、礦調(diào)度瓦斯監(jiān)控、胡沙帽風(fēng)機(jī)供風(fēng)和井下直流西六硅整流的電機(jī)車供電任務(wù)，屬于一類負(fù)荷，安全規(guī)程要求必須要保證不間斷供電。因此，西銘礦安裝有雙電源切換裝置，來確保煤礦安全供電。玉門變電站雙電源切換分為自動和手動2種切換功能[1]。

（1）自動切換。玉門變電站以35 kV直流供電系統(tǒng)分列運(yùn)行，如圖1所示，自動電源切換裝置選擇開關(guān)轉(zhuǎn)向“自動”位置?，F(xiàn)運(yùn)行方式為：一號直流電源35 kV I段控制與35 kV I段合閘供電給356、353、351、350直流控制母線和合閘母線用電，二號直流屏的35 kVⅡ段控制與35 kVⅡ段合閘供電給354、352、355直流控制母線和合閘母線用電。雙電源切換處于自動監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)備用發(fā)電機(jī)組處于自動狀態(tài)。在雙電源均正常的情況下，如果一號直流屏發(fā)生故障無法及時(shí)恢復(fù)供電，使用二號直流屏的35 kV聯(lián)絡(luò)控制與35 kV聯(lián)絡(luò)合閘，通過350聯(lián)絡(luò)開關(guān)的雙電源自動切換，發(fā)電機(jī)組立即起動，起動正常后，能自動切換到356、353、351；同理二號直流屏如果也失電，當(dāng)電源正常后，能自動切換到一號直流屏電源供電，同時(shí)自動停止發(fā)電機(jī)組，恢復(fù)原有供電方式[2]。

（2）玉門變電站其余直流系統(tǒng)尚未分列改造，控制回路、合閘回路均為雙回路供電，日常運(yùn)行為一套系統(tǒng)運(yùn)行，另一套系統(tǒng)備用[3]。

（3）手動切換。把選擇開關(guān)轉(zhuǎn)向“手動”位置，1號直流屏電源和2號直流屏電源切換由人工實(shí)現(xiàn)。按下1號電源合閘按鈕，開關(guān)轉(zhuǎn)到電源供電位置，同時(shí)電源供電指示燈亮；同理，按下2號電源合閘按鈕，電源供電指示燈亮；按下零位按鈕，開關(guān)轉(zhuǎn)到零位（兩邊均不接通的中間位置），同時(shí)零位指示燈亮。

圖1 西銘礦玉門35 kV變電站自動切換電源示意圖

3 線路接地

（1）煤礦供電是安全生產(chǎn)的基石和動力。西銘礦屬于老煤礦，工作面多，井田成矩形，長17 km，寬3～4 km，供電線路長，中間有損耗，外力容易破壞；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，采掘工面裝機(jī)總?cè)萘看?，超?fù)荷作業(yè)，設(shè)備發(fā)生故障造成跳閘或無故停電等，制約了安全生產(chǎn)。因此，這就要求變電站裝設(shè)有安全、監(jiān)控、測量、信號等二次保護(hù)回路設(shè)備，方便值班人員在發(fā)生故障時(shí)能選擇地、快速地、靈敏地、可靠地切除故障[4]。

（2）西銘礦玉門變電站在實(shí)際工作經(jīng)常遇到6 kV線路越級跳閘等故障。西銘礦接地保護(hù)安裝的是北京昊博公司產(chǎn)的小電流接地裝置。正常情況下，小電流裝置正常燈顯示藍(lán)色，表示線路正常。如果發(fā)生井下電纜或架空線路某開關(guān)線路上有單相接地故障。指示等由藍(lán)色變成紅色，同時(shí)警鈴報(bào)警。此時(shí)，電腦顯示屏也提示有接地開關(guān)柜雙名稱。值班員通過接地裝置第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)接地柜及時(shí)處理。

圖2 西銘礦玉門變電站模擬示意圖

（3）西銘礦改造后的高開柜為KYN-6，帶有絕緣監(jiān)察表三相指示，如圖2所示，假如其中有一相發(fā)生完全接地，故障相指示燈熄滅。查電腦屏顯示，故障接地相相對地電壓為0或接近0，非故障相其余兩相電壓比正常情況下電壓升高3倍，且持久不變[5]。

（4）措施：實(shí)踐工作中總結(jié)規(guī)律，接地故障持續(xù)5 min不消失。首先，檢查變電站內(nèi)設(shè)備有無明顯接地；其次，通過絕緣監(jiān)察表，三相指示燈，迅速判斷哪個開關(guān)線路上的接地故障。

4 二次回路保護(hù)

西銘礦保護(hù)屏安裝有北京青大的繼電器保護(hù)裝置。該繼電器通過一次回路電壓互感器，給裝置提供電壓數(shù)據(jù)，通過后臺PLC轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏上。通過與KYN-6高壓開關(guān)電流互感器聯(lián)接，有選擇性、快速地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障。采用PLC先進(jìn)保護(hù)系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)顯示電流過流、速斷保護(hù)、零序電流保護(hù)和差動保護(hù)等[7]。因西銘礦礦區(qū)用電地點(diǎn)多，很容易出現(xiàn)電流過流、開關(guān)跳閘現(xiàn)象。

4.1 措施

KYN-6高開關(guān)電流互感器變比算出額定電流值，北京青大保護(hù)采用反時(shí)限繼電保護(hù)動作工作原理進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，有選擇性地、快速地切斷故障線路[8]。

4.2 案例

玉門變電站6113王封煤礦高開柜，電流互感變比300/5，定值為過流值3 A（1 s），速斷值為13 A（0 s），變電站6113柜高開柜發(fā)生故障掉閘。

值班員查看保護(hù)記錄，查詢數(shù)據(jù)為：Ia=0.519 A；Ib=0.531 A；Ic=3.261 A。則通過定值可看出，6113柜c相過流。

若查詢保護(hù)記錄數(shù)據(jù)為：Ia=8.619 A；Ib=14.261 A；Ic=0.631 A。則通過定值可看出，6113柜b相速斷。

如果是過流動作，匯報(bào)調(diào)度，得到允許，可試送一次；要是速斷動作，不可送電。

5 經(jīng)濟(jì)效益與社會效益

玉門變電站改造后，提高了電壓質(zhì)量，而且還帶來了降低電網(wǎng)輸電損耗的經(jīng)濟(jì)效果。玉門變電站并列電容器能根據(jù)采區(qū)負(fù)荷的增大或減小，自動投切或退出，補(bǔ)償功率因數(shù)。相比老式機(jī)械變電站功率因數(shù)提高到0.95，功率因數(shù)超過0.98，電容無功補(bǔ)償裝置自動進(jìn)行電容組退出；當(dāng)電壓偏低時(shí)或功率因數(shù)低于0.93，電容無功補(bǔ)償裝置能自動進(jìn)行電容器組投入[9]。

改造后的玉門變電站給西銘礦創(chuàng)造的綜合經(jīng)濟(jì)效益：可提高供電設(shè)備的供電能力約90%；西銘礦巷道距離長，供電距離大，電網(wǎng)的電壓損耗大，電容無功補(bǔ)償裝置降低電能損耗50%；減少電壓損失5%～6%[10]，節(jié)約了噸煤成本，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。智能變電站每班可節(jié)省1人，每月4個班。每月至少可節(jié)省資金：2 000 3=6 000（元）。一年節(jié)支7.2萬元（不包括電費(fèi)用）。

6 結(jié)束語

通過改造，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)一體化智能綜合變電站。通過電腦分析、開關(guān)五防閉鎖，解決了老式變電所機(jī)械化、靠人為記性誤操作的缺點(diǎn)，避免事故發(fā)生。實(shí)踐證明玉門變電站通過智能變電站系統(tǒng)保護(hù)改造后，實(shí)現(xiàn)了安全長周期，保證了西銘礦安全生產(chǎn)及提高經(jīng)濟(jì)效益。