煤礦供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

周術(shù)禹

摘要：煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)的越級(jí)跳閘現(xiàn)象，降低了煤礦供電穩(wěn)定性，影響煤礦采掘機(jī)電設(shè)備的正常供電。為了避免煤礦供電事故的發(fā)生，提出了供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成及工作原理。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用效果來(lái)看，該系統(tǒng)故障率低、應(yīng)用效果好，有效阻止了煤礦供電越級(jí)跳閘現(xiàn)象，供電事故率降低了32%，全年可節(jié)約電費(fèi)達(dá)127萬(wàn)元，取得了顯著的應(yīng)用成效。

關(guān)鍵詞：煤礦供電;越級(jí)跳閘;監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TD61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—9492（2021）03—0245—02

0引言

供電系統(tǒng)是煤礦的重要組成部分，隨著煤礦機(jī)械化水平的提高，供電系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中起著重要作用。隨著煤礦生產(chǎn)能力的提高，礦井采掘區(qū)域范圍擴(kuò)大，礦井內(nèi)機(jī)電設(shè)備數(shù)量增多，礦井供電線路分布區(qū)域廣、線路長(zhǎng)，導(dǎo)致礦井供電系統(tǒng)負(fù)荷增加，短路現(xiàn)象嚴(yán)重，礦井供電系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，一旦發(fā)生越級(jí)跳閘事故，不僅降低供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，加大電能損耗，增加供電系統(tǒng)檢修維護(hù)難度，而且很容易發(fā)生重大煤礦供電事故，如變壓器、開(kāi)關(guān)燒毀、電網(wǎng)燒毀等。我國(guó)煤礦供電系統(tǒng)傳統(tǒng)方式主要通過(guò)安裝繼電保護(hù)器進(jìn)行供電穩(wěn)壓控制，但是由于受機(jī)電保護(hù)器質(zhì)量、安裝工藝、保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)性能以及供電系統(tǒng)監(jiān)控自動(dòng)化水平限制，煤礦供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘故障無(wú)法從根本上消除。

某公司隨著礦井不斷開(kāi)拓延伸，礦井采掘工作面數(shù)量增大，導(dǎo)致礦井內(nèi)機(jī)電設(shè)備數(shù)量增加、供電線路延長(zhǎng)以及供電網(wǎng)范圍擴(kuò)大，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該煤礦對(duì)變電所上下級(jí)主要采用繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)礦井正常穩(wěn)定供電，但是由于井上下變電所采用不同型號(hào)的保護(hù)器，保護(hù)器整定值無(wú)法統(tǒng)一，當(dāng)發(fā)生電路短路時(shí)很容易發(fā)生供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，2019年1-7月，礦井供電系統(tǒng)共計(jì)發(fā)生9次越級(jí)跳閘故障，礦井停產(chǎn)19h，采區(qū)變電所高壓隔爆開(kāi)關(guān)燒毀4臺(tái)，造成煤礦經(jīng)濟(jì)損失150余萬(wàn)元;供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘故障不僅影響著煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)，增加了礦井經(jīng)濟(jì)損失，而且很容易發(fā)生重大煤礦機(jī)電事故。對(duì)此，決定對(duì)礦井供電系統(tǒng)安裝一套供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)。

本文通過(guò)分析供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，對(duì)煤礦供電系統(tǒng)實(shí)施越級(jí)跳閘監(jiān)控、故障處理，對(duì)進(jìn)一步提高煤礦供電穩(wěn)定性具有重要意義。

1煤礦供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下。

（1）該煤礦主要采用KJ698供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是礦井供電系統(tǒng)中獨(dú)立存在的一套子系統(tǒng)，主要由DSI5111K地面保護(hù)裝置、DSI5711保護(hù)控制器、KJ698-F通訊分站、IDA9000監(jiān)控主站及以太網(wǎng)等部分組成。

（2）該系統(tǒng)最核心的部件為保護(hù)裝置與保護(hù)控制器，分路發(fā)生故障后主要是通過(guò)保護(hù)裝置來(lái)避免影響主線;保護(hù)裝置還能將供電系統(tǒng)的選擇性漏電確定在某段，該裝置能夠?qū)λ胁杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析并執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)裝置之間的橫向傳輸及保護(hù)裝置與后臺(tái)的縱向傳輸均通過(guò)環(huán)網(wǎng)作為介質(zhì)。

（3）通訊分站內(nèi)安裝備用電源與環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，能夠?qū)颅h(huán)網(wǎng)的5路光信號(hào)機(jī)30路電信號(hào)進(jìn)行傳遞，還可以加裝3路RS口來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓保護(hù)信號(hào)傳輸，數(shù)據(jù)可以通過(guò)接口進(jìn)行上傳。

（4）監(jiān)控主站主要包括地面變電所、井下變電所、各掘進(jìn)配電點(diǎn)、綜采皮帶頭、避難硐室等全礦供電系統(tǒng)。監(jiān)控主站主要由集控中心的主機(jī)與監(jiān)控分站組成，同時(shí)利用無(wú)人值守系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)化監(jiān)控分站，集控中心的主機(jī)安裝在調(diào)度機(jī)房?jī)?nèi)，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)環(huán)網(wǎng)與礦井其他智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

1.2系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作原理如下。

（1）為了能夠確保井下供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，地面變電站通常將速斷保護(hù)設(shè)置成無(wú)延時(shí)。這是由于井下電纜的長(zhǎng)度較短，與負(fù)荷側(cè)變電站的電流保護(hù)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作區(qū)重合，這樣就失去了選擇性，如圖1所示。

（2）KJ698供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)采用GOOSE技術(shù)對(duì)各保護(hù)測(cè)控設(shè)備間的信息進(jìn)行快速交換，通過(guò)饋出線保護(hù)動(dòng)作信號(hào)與變電站保護(hù)動(dòng)作信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)線纜的速斷保護(hù)功能，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)動(dòng)作。

（3）當(dāng)供電線路發(fā)生故障后會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，造成線纜末端無(wú)法靠電流定值來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性，所有電流保護(hù)裝置在30 ms內(nèi)均打開(kāi)速斷保護(hù)，向上一級(jí)發(fā)出閉鎖信號(hào)，同時(shí)監(jiān)測(cè)下一級(jí)閉鎖信號(hào)是否發(fā)出。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到閉鎖信號(hào)后將速斷出口閉鎖，從而避免越級(jí)跳閘，這個(gè)判斷過(guò)程的時(shí)間需在20ms內(nèi)，即故障在發(fā)生到判斷出故障位置的時(shí)間不得超過(guò)50 ms，斷路固有時(shí)間經(jīng)過(guò)70 ms后能夠?qū)⒐收锨谐?，這個(gè)過(guò)程能夠在120ms內(nèi)完成。

2煤礦供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用效果分析

2.1系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

煤礦供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

（1）礦井智能化防越級(jí)系統(tǒng)能夠大大提高礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，在故障發(fā)生的瞬間采取上、下級(jí)鎖模式，實(shí)現(xiàn)供電線纜的縱向選擇性保護(hù)。

（2）系統(tǒng)采用IEC技術(shù)及智能定位法，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)智能化控制，同時(shí)采用FA軟件、環(huán)網(wǎng)及先進(jìn)的通訊技術(shù)將井下所有的保護(hù)裝置形成橫向通訊。該系統(tǒng)還有擴(kuò)容接口，能夠與其他設(shè)備相互連接，提高系統(tǒng)的開(kāi)放性。保護(hù)裝置通過(guò)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有數(shù)據(jù)傳輸快、接口范圍廣、結(jié)構(gòu)加單、兼容性好，能夠很好地適用于礦井供電設(shè)備的相互傳輸。

（3）該系統(tǒng)能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，并對(duì)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到的故障進(jìn)行報(bào)警。

（4）采用該系統(tǒng)后在供電設(shè)備內(nèi)部安裝大電容，能夠確保開(kāi)關(guān)斷電后，內(nèi)部的保護(hù)裝置能夠在失去上級(jí)電源后仍然工作1min，保護(hù)裝置能夠在這1mim內(nèi)完成所有數(shù)據(jù)的上傳。

（5）采用該系統(tǒng)后，井下高壓開(kāi)關(guān)安裝檢修按鈕，將檢修按鈕與地面集控中心相連，實(shí)現(xiàn)井下開(kāi)關(guān)與地面相互閉鎖，從而提高供電工作的安全性。

（6）該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①該系統(tǒng)主要利用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸、指令發(fā)送等，由于受電氣設(shè)備高次諧波影響，工業(yè)以太網(wǎng)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，不利于數(shù)據(jù)快速、高效傳輸;②由于礦井在生產(chǎn)期間產(chǎn)生高濃度粉塵，導(dǎo)致安裝在大巷、工作面的監(jiān)控分站、保護(hù)器內(nèi)聚集大量粉塵，降低了裝置使用壽命，需定期進(jìn)行清理。

2.2實(shí)際應(yīng)用效果分析

2020年2月12日，該煤礦對(duì)礦井供電系統(tǒng)安裝了KJ698供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)，截2020年7月，通過(guò)6個(gè)月的實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有動(dòng)作保護(hù)靈敏可靠、系統(tǒng)故障率低等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)安裝后，礦井在后期生產(chǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘故障，供電事故率由原來(lái)的36%降低至4%以下，提高了煤礦供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，全年可節(jié)約供電成本費(fèi)用以及設(shè)備維修費(fèi)用約127萬(wàn)元。

3結(jié)束語(yǔ)

本文提出了供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成及工作原理。某煤礦在井下原供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化與構(gòu)建，采用了供電越級(jí)跳閘監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要采用IEC61877的GOOSE通信技術(shù)，系統(tǒng)具有自動(dòng)化水平高、實(shí)用性強(qiáng)、覆蓋區(qū)域廣等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控、故障檢索等保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，利用系統(tǒng)中上下級(jí)閉鎖模式可及時(shí)切斷故障點(diǎn)最近開(kāi)關(guān)，從而避免供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，杜絕礦井供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘導(dǎo)致大面積停電事故發(fā)生的現(xiàn)象，有效保證了煤礦采掘生產(chǎn)安全，取得了顯著的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。