同忻礦防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

趙 彪

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦山西有限公司，山西 大同 037003）

同忻煤礦井下現(xiàn)有的電力供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，為保證整個(gè)工作面的高效穩(wěn)定開(kāi)采，降低電力供電系統(tǒng)出現(xiàn)跳閘的頻率，需對(duì)煤礦工作面供電系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。結(jié)合同忻煤礦供電系統(tǒng)特點(diǎn)，采用新型的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)，對(duì)該煤礦工作面防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，解決煤礦井下供電系統(tǒng)繼電保護(hù)選擇性和速動(dòng)性的矛盾，從根本上解決礦井電網(wǎng)繼電保護(hù)的越級(jí)跳閘問(wèn)題。

1 同忻煤礦防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃

根據(jù)同忻煤礦供電的特點(diǎn)，在井下西翼采區(qū)變電所增加隔爆兼本安電力控制器KHL127兩臺(tái)，保護(hù)裝置通過(guò)專(zhuān)用光纖和KHL127連接，建立防越級(jí)跳閘系統(tǒng)[1-2]。同時(shí)，在井下西翼采區(qū)變電所增加隔爆兼本安電力監(jiān)控分站1臺(tái)，保護(hù)裝置通過(guò)CAN網(wǎng)接口和電力監(jiān)控分站連接，接入到原有的電力監(jiān)控系統(tǒng)。在井下變電所將低壓部分的數(shù)據(jù)接入到無(wú)線基站，無(wú)線基站通過(guò)礦井環(huán)網(wǎng)或4G網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制、遙測(cè)、遙調(diào)、遙信。為實(shí)時(shí)檢測(cè)工作面的電量情況，在西翼采區(qū)變電所、一盤(pán)區(qū)中央變電所及風(fēng)機(jī)、二盤(pán)區(qū)中央變電所、二盤(pán)區(qū)采區(qū)變電所、三盤(pán)區(qū)變電所每臺(tái)開(kāi)關(guān)內(nèi)安裝一臺(tái)電能采集器，同時(shí)每個(gè)變電所安裝一臺(tái)無(wú)線基站，電能采集器通過(guò)無(wú)線傳輸把電度數(shù)據(jù)傳給無(wú)線基站，無(wú)線基站把電度數(shù)據(jù)上傳至地面監(jiān)控中心，建立一套電度計(jì)量系統(tǒng)。

2 防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 井下防越級(jí)跳閘系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

防越級(jí)跳閘系統(tǒng)由MPR304S智能零時(shí)限電流保護(hù)裝置、地面應(yīng)用的DPR300系列保護(hù)裝置和KHL127保護(hù)控制器組成，與地面變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有一致的通信接口技術(shù)，井下應(yīng)用的綜合保護(hù)裝置與地面應(yīng)用的保護(hù)裝置直接接口，實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定和技術(shù)一致的礦井電網(wǎng)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)[3]。整個(gè)系統(tǒng)采用智能零時(shí)限電流保護(hù)配合光纖差動(dòng)保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下防越級(jí)跳閘。其中，MPR304S（A）數(shù)字式礦用綜合保護(hù)裝置內(nèi)置智能零時(shí)限電流保護(hù)和光纖差動(dòng)保護(hù)功能，可通過(guò)保護(hù)裝置的菜單設(shè)置保護(hù)功能。MPR304S（A）數(shù)字式礦用綜合保護(hù)裝置除具備防越級(jí)跳閘功能外，還具有常規(guī)的三段式電流保護(hù)、電弧光保護(hù)、開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)、反時(shí)限過(guò)載保護(hù)、相不平衡保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、非電量保護(hù)（風(fēng)電、瓦斯閉鎖）、輔助保護(hù)和電纜絕緣監(jiān)視等保護(hù)功能。

2.2 井下電力監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

井下電力監(jiān)控系統(tǒng)由MPR300S系列保護(hù)裝置、KJ38-F礦用隔爆兼本安型電力監(jiān)控分站和監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)組成。MPR300S系列綜合保護(hù)裝置具有FFT計(jì)算的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等模擬量和開(kāi)關(guān)量測(cè)量，事件順序記錄，動(dòng)作報(bào)告記錄，保護(hù)定值存儲(chǔ)與管理，以及開(kāi)關(guān)分合閘操作、合閘保護(hù)、合閘故障監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能試驗(yàn)等測(cè)控功能[4]。KJ38-F礦用隔爆兼本安型監(jiān)控電力分站用于實(shí)現(xiàn)MPR300系列數(shù)字式礦用綜合保護(hù)裝置與DPS301M主站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。KJ38-F分站配置DPR371通信服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)控制局域網(wǎng)（CAN Bus）和以太網(wǎng)的信息轉(zhuǎn)發(fā)；KJ38-F監(jiān)控分站配置視頻服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻信號(hào)到以太網(wǎng)的信息轉(zhuǎn)發(fā)；KJ38-F監(jiān)控分站可通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)集成語(yǔ)音通信功能。工作面中防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)總體框架圖如圖1。

圖1 工作面中防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)總體框架圖

3 系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)

3.1 MPR304S系列數(shù)字式礦用綜合保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

MPR304S系列數(shù)字式礦用綜合保護(hù)裝置主要安裝于10（6） kV隔爆型高壓配電裝置中，具備與防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的光纖接口功能，采用智能網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦井電網(wǎng)繼電保護(hù)的選擇性和快速性要求，能適應(yīng)礦井電網(wǎng)多級(jí)串聯(lián)供電和“T”接供電模式的保護(hù)選擇性要求[5]。同時(shí)，該裝置具有選擇性漏電保護(hù)功能，采用改進(jìn)型零序?qū)Ъ{原理的漏電保護(hù)技術(shù)，自適應(yīng)電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，根據(jù)保護(hù)定值和時(shí)限瞬時(shí)或延時(shí)動(dòng)作于跳閘或告警，保護(hù)具備“告警”和“跳閘”選項(xiàng)。另外，該裝置具備CANBUS總線方式的通信接口，CANBUS接口信號(hào)為本安信號(hào)。保護(hù)裝置的CANBUS總線與KJ38礦用電力監(jiān)控分站聯(lián)網(wǎng)，與主站監(jiān)控系統(tǒng)配合組成礦用電站自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)功能。

3.2 KHL127隔爆型電流保護(hù)控制器

KHL127隔爆型電流保護(hù)控制器是整個(gè)系統(tǒng)中的重要保護(hù)裝置，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)中電流的有效保護(hù)，與礦用綜合保護(hù)裝置配合組成智能零時(shí)限電流保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井電網(wǎng)防越級(jí)跳閘功能[6]。KHL127控制器實(shí)時(shí)收集、判斷各保護(hù)裝置的故障信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中的其他保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和定位，解決上下級(jí)保護(hù)的配合問(wèn)題。保護(hù)控制器采用FPGA處理技術(shù)、光纖傳輸方式，具有高通信速率。保護(hù)控制器具備后備電源功能，交流電源停電后能維持不小于4 h的后備電源輸出。

3.3 MEM301礦用電能計(jì)量裝置

MEM301礦用電能計(jì)量裝置主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的電能進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)。MEM301礦用電能計(jì)量裝置能夠采集井下高低壓開(kāi)關(guān)的電度量、電壓、電流和開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)，通過(guò)電纜取壓和開(kāi)口CT取流的方式接入一次系統(tǒng)；裝置具備無(wú)線LORA通信功能，能夠自動(dòng)入網(wǎng)，將采集到的電能信息上傳至系統(tǒng)，井下通信距離不小于100 m；電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠通過(guò)MEM301礦用電能計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓饋電開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)程控制，并監(jiān)測(cè)控制結(jié)果。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工改造及應(yīng)用

變電所防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)接線圖如圖2。根據(jù)此施工方案及流程，完成了同忻礦工作面中防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)的改造施工。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證可知，在將近6個(gè)月測(cè)試過(guò)程中，改造后的工作面供電監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，所需的電量相比有所降低，能將各設(shè)備的工作狀態(tài)及電量情況通過(guò)顯示界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)超過(guò)了供電系統(tǒng)的功率閾值會(huì)發(fā)出限壓報(bào)警提示。工作面設(shè)備使用過(guò)程中未出現(xiàn)電路跳閘、電路短路等異?，F(xiàn)象，電力維護(hù)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，整個(gè)工作面供電穩(wěn)定性及設(shè)備的耗電量得到了有效監(jiān)控，達(dá)到了預(yù)期效果。

圖2 變電所防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)接線圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)同忻礦工作面中防越級(jí)跳閘與電力監(jiān)控系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了工作面供電過(guò)程中電量、電壓、電流、過(guò)壓情況等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及信號(hào)采集，解決了工作面中越級(jí)跳閘現(xiàn)象頻發(fā)與電力監(jiān)控系統(tǒng)性能較低等問(wèn)題，提高了工作面中供電監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和信息化程度，保障了工作面的作業(yè)安全及生產(chǎn)效率。