煤礦大數(shù)據(jù)供電云計(jì)算開發(fā)運(yùn)用

王傳華 方 倫 徐加瑞

（新礦內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299）

煤礦供電屬于I 類工業(yè)用電，其安全性尤為重要。新時(shí)期煤礦井下大機(jī)組、變頻、永磁、無功補(bǔ)償?shù)刃鹿に囘\(yùn)用，給煤礦供電安全帶來很大困擾，比如壓降、諧波、諧振等，繼電保護(hù)也因整定值存在問題，出現(xiàn)供電保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)及越級(jí)跳閘等現(xiàn)象，因此，煤礦供電安全管理水平應(yīng)進(jìn)一步提升和改進(jìn)[1-2]。

長(zhǎng)城二礦通過與合肥明信有限公司合作，開發(fā)了供電云平臺(tái)，在云平臺(tái)上，為其增加系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)，并與其他礦井?dāng)?shù)據(jù)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、云存儲(chǔ)、云計(jì)算等。此外，供電云服務(wù)平臺(tái)也可實(shí)現(xiàn)供電圖紙繪制、采掘工作面供電設(shè)計(jì)、最大（最?。┒搪冯娏饔?jì)算、保護(hù)整定值的計(jì)算、供電安全設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告自動(dòng)生成等，煤礦根據(jù)礦井的自身?xiàng)l件及實(shí)際設(shè)備情況運(yùn)用平臺(tái)，并在平臺(tái)中利用已知參數(shù)構(gòu)建起礦井上、下供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，其設(shè)備及電纜需要人工填充，剩余工作按照提示對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行一鍵式計(jì)算。比如：電纜與開關(guān)選型一鍵式核定，一鍵式最大（最小）短路電流及短路容量計(jì)算，一鍵式開關(guān)整定保護(hù)定計(jì)算（系統(tǒng)自動(dòng)將計(jì)算結(jié)果標(biāo)注在圖上），最后系統(tǒng)一鍵式生成詳細(xì)的全礦供電設(shè)計(jì)報(bào)告。平臺(tái)對(duì)不同類型企業(yè)的供電設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖都可以滿足要求，解決了傳統(tǒng)的單機(jī)版軟件安裝部署過程復(fù)雜、數(shù)據(jù)無法共享及無法移動(dòng)辦公等缺點(diǎn)，大大提高了供電技術(shù)人員的工作效率和協(xié)同辦公水平。

1 大數(shù)據(jù)供電云平臺(tái)概念

1.1 云平臺(tái)概念

云平臺(tái)（cloud platforms）指的是基于硬件的服務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)能力。

1.2 云平臺(tái)的分類

（1）以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為主的存儲(chǔ)型云平臺(tái)；（2）以數(shù)據(jù)處理為主的計(jì)算型云平臺(tái)；（3）計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理兼顧的綜合云計(jì)算平臺(tái)。

1.3 大數(shù)據(jù)供電云平臺(tái)

明信安全供電云平臺(tái)是集計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理兼顧的綜合性云計(jì)算平臺(tái)，云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算、云備份、自動(dòng)存儲(chǔ)等功能。對(duì)用戶數(shù)據(jù)的備份，包括繪制的供電圖紙和計(jì)算報(bào)告等，定期存儲(chǔ)、定期自動(dòng)備份大數(shù)據(jù)云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作過程中，用戶新增的變壓器、電纜及電動(dòng)機(jī)、變頻器、啟動(dòng)器等其他設(shè)備參數(shù)隨著用戶的添加及時(shí)存儲(chǔ)在云端，實(shí)現(xiàn)了一人參與、多人共享的局面。

1.4 大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的意義

（1）隨著使用用戶的增多，數(shù)據(jù)的增加，可提供更多的煤礦設(shè)備的共享數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)資源共享，信息互通。

（2）降低了人員的勞動(dòng)成本，大大降低了前期對(duì)設(shè)備、人員、資金的投入和后期對(duì)系統(tǒng)軟件升級(jí)及日常維護(hù)保養(yǎng)成本，同時(shí)也大大降低了因各種人工失誤可能導(dǎo)致的事故損失。

（3）提高了數(shù)據(jù)的安全性，保證了供電安全的可靠性，提高了用戶體驗(yàn)，使用者可以隨時(shí)隨地采用任何云終端接入云端并使用云中的計(jì)算資源，真正實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

2 大數(shù)據(jù)云計(jì)算的原理

2.1 有名單位制計(jì)算高壓短路電流

有名單位制是將系統(tǒng)中各元件的實(shí)際阻抗都折算到短路點(diǎn)所在的等級(jí)平均電壓下的歐姆制，再按照實(shí)際電路算出總阻抗，最終完成短路電流計(jì)算。有名單位制在進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)，使用的是平均電壓，而不是標(biāo)準(zhǔn)電壓。

2.2 標(biāo)幺值法計(jì)算高壓短路電流

采用標(biāo)幺值法計(jì)算短路電流，就是一種相對(duì)計(jì)算數(shù)值，是將電壓、電流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用標(biāo)幺值表示。

標(biāo)幺值是短路電流中的概念，計(jì)算時(shí)選定一個(gè)基準(zhǔn)容量（Sj）和一個(gè)基準(zhǔn)電壓（Uj），將短路計(jì)算中所有的計(jì)算參數(shù)都轉(zhuǎn)化為與其參數(shù)有關(guān)的基準(zhǔn)量的比值（相對(duì)基準(zhǔn)量的比值，X·s=Skd/Sj=Ud/Uj），其中，Sj為標(biāo)準(zhǔn)容量；Skd為實(shí)際容量；Uj為基準(zhǔn)電壓；Ud為實(shí)際電壓；X·s 為基準(zhǔn)量的比值，標(biāo)幺值。

2.3 高壓開關(guān)保護(hù)整定計(jì)算原則

（1）Ⅰ段保護(hù)要求躲過線路末端最大三相短路電流整定，且靈敏度系數(shù)符合要求，即最小運(yùn)行方式下保護(hù)范圍不小于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的15%～20%，或者按照保護(hù)安裝處最小兩相短路電流進(jìn)行校驗(yàn)，靈敏度系數(shù)不小于1.5。

（2）Ⅱ段式保護(hù)可按照下一級(jí)線路出線開關(guān)Ⅰ段保護(hù)配合整定或者按照與本級(jí)線路上級(jí)出線開關(guān)Ⅱ段反配合整定（但要躲過包括最大負(fù)荷啟動(dòng)在內(nèi)的所有出線負(fù)荷電流之和），并在本線路末端最小兩項(xiàng)短路電流故障情況下，有不小于1.5 的靈敏系數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，時(shí)限設(shè)置一級(jí)時(shí)間差。

（3）Ⅲ段式保護(hù)整定按照可靠躲過本線路實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流進(jìn)行整定，并按本線路末端最小短路故障情況下有不小于1.5 的靈敏系數(shù)進(jìn)行近后備校驗(yàn)，保護(hù)時(shí)限應(yīng)與下級(jí)線路的Ⅳ段保護(hù)進(jìn)行配合，并要按相鄰線路末端最小兩相短路故障情況下，有不小于1.2 的靈敏系數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)后備校驗(yàn)，也可用相鄰元件末端最小兩相短路電流有不小于1.2 的靈敏系數(shù)反算Ⅲ段保護(hù)定值。

（4）高壓漏電保護(hù)的縱向選擇性，按照采區(qū)變電所、井下中央變電所、地面變電所三級(jí)時(shí)限階段整定，分別為0.1 s、0.3 s、0.5 s。

3 大數(shù)據(jù)供電云計(jì)算在煤礦的應(yīng)用

長(zhǎng)城二礦雙回路電源引自焦化園110 kV 變電站，該變電站由鄂爾多斯市電業(yè)局所建并負(fù)責(zé)運(yùn)行管理，距本礦井地面工業(yè)場(chǎng)地約3.6 km。線路均采用LGJ-240 鋼芯鋁絞線，公司選用35 kV 箱式變電站，35 kV、10 kV、10/0.4 kV 系統(tǒng)的配電設(shè)備以及10 kV 系統(tǒng)補(bǔ)償電容、消弧消諧裝置等設(shè)備均安裝于箱體中，主變壓器及10 kV 補(bǔ)償電容系統(tǒng)的磁控電抗器室外安裝。主變壓器選型：SZ11-12500/35 35/10 kV，12 500 kVA，2 臺(tái)并列運(yùn)行，變壓器負(fù)荷率60.0%。35 kV 系統(tǒng)選用XGN-40.5 型高壓開關(guān)柜11 面，10 kV 系統(tǒng)選用XGN-12 型開關(guān)柜28 面，10/0.4 kV 系統(tǒng)選用GGD2 型低壓開關(guān)柜9 面，SCB 10/0.4 kV、630 kVA 干式變壓器兩臺(tái)（一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用）。

3.1 網(wǎng)頁式登錄

明信安全供電云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁訪問功能。通過瀏覽器登錄www.hfmxs.com 訪問本系統(tǒng)，完成繪圖、計(jì)算、整定等操作，無需單獨(dú)部署系統(tǒng)安裝客戶端。

3.2 一鍵式自動(dòng)繪制地面供電系統(tǒng)圖

根據(jù)框架式提示，快速繪制35～110 kV、6～10 kV 地面供電系統(tǒng)圖，一鍵式繪制系統(tǒng)圖的時(shí)間小于2 min。

3.3 一鍵式短路電流計(jì)算

系統(tǒng)圖繪制完成后，一鍵式快速計(jì)算地面供電系統(tǒng)圖短路電流，一鍵式短路電流計(jì)算的時(shí)間小于2 min。

3.4 一鍵式整定保護(hù)定值計(jì)算

系統(tǒng)圖繪制完成后，人員利用云平臺(tái)的提示進(jìn)行核對(duì)，最后一鍵式快速計(jì)算地面開關(guān)保護(hù)定值并自動(dòng)校驗(yàn)保護(hù)定值與動(dòng)作時(shí)限配合關(guān)系，一鍵式短路電流與保護(hù)定值計(jì)算的時(shí)間小于2 min。

3.5 設(shè)計(jì)報(bào)告生成可選且一鍵式生成

通過供電云平臺(tái)服務(wù)器計(jì)算完成后，一鍵式快速生成詳細(xì)全面的煤礦井上、下供電計(jì)算報(bào)告，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告的內(nèi)容主要包含：高壓電纜選擇與校驗(yàn)、短路電流計(jì)算、等值阻抗圖、高壓開關(guān)動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)、地面開關(guān)整定值計(jì)算過程以及整定值統(tǒng)計(jì)表。

4 大數(shù)據(jù)供電云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)

4.1 智能動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)

系統(tǒng)具備高壓開關(guān)動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)及高壓電纜熱穩(wěn)定校驗(yàn)功能，對(duì)高壓開關(guān)設(shè)置好斷路器熱穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定時(shí)間及動(dòng)穩(wěn)定電流，對(duì)高壓電纜設(shè)置好長(zhǎng)度及型號(hào)即可一鍵進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)，并且能夠生成詳細(xì)的計(jì)算過程。

4.2 數(shù)據(jù)云端共享

變壓器、電纜及電動(dòng)機(jī)等參數(shù)存儲(chǔ)在云端、圖紙與設(shè)計(jì)報(bào)告也在云端備份存儲(chǔ)且圖紙隨時(shí)以DWG、PDF、JPG 等格式導(dǎo)出到本地，供電設(shè)計(jì)報(bào)告可直接導(dǎo)出。

4.3 防越級(jí)跳閘的整定算法保證供電系統(tǒng)安全

利用平臺(tái)獨(dú)特的基于電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)的整定算法，對(duì)線路長(zhǎng)度過短加之系統(tǒng)運(yùn)行方式變化較大時(shí)，傳統(tǒng)的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)無法同時(shí)滿足靈敏性和選擇性的要求。若采用瞬時(shí)電流電壓與保護(hù)作為線路的Ⅰ段主保護(hù)，基本能同時(shí)滿足靈敏性和選擇性的雙重要求，有效地解決了煤礦高壓線路較短時(shí)，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)（Ⅰ段）沒有保護(hù)范圍或存在越級(jí)跳閘的問題。

4.4 云備份

云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了云備份功能，自動(dòng)備份數(shù)據(jù)。對(duì)用戶數(shù)據(jù)的備份，包括繪制的供電圖紙和計(jì)算報(bào)告，這些數(shù)據(jù)均存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，定期自動(dòng)備份以保證數(shù)據(jù)的安全性。

5 實(shí)施效果及檢驗(yàn)

利用供電云服務(wù)平臺(tái)，在其服務(wù)器上，上傳了35 V 配電柜88 組數(shù)據(jù)參數(shù)，10 kV 配電柜、+850中央配電柜、+520 中央配電柜上傳785 組數(shù)據(jù)，井下低壓供電系統(tǒng)上傳2187 組數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云終端存儲(chǔ)，并利用其終端服務(wù)計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算、云下載使用。

地面高壓、井下高壓、移變整定計(jì)算書如圖1。

圖1 地面高壓、井下高壓、移變整定計(jì)算書

6 結(jié)語

繼電保護(hù)工作在煤礦生產(chǎn)工作中擔(dān)負(fù)著重要地位和作用，利用大數(shù)據(jù)供電云計(jì)算，能夠使得煤礦繼電保護(hù)人員從繁重復(fù)雜的工作中解脫出來，數(shù)據(jù)輸入后數(shù)值自動(dòng)生成，將自動(dòng)捋定短路整定計(jì)算單發(fā)布，提高了煤礦機(jī)電人員的技術(shù)水平與工作效率，避免煤礦供電保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)及越級(jí)跳閘等現(xiàn)象，確保煤礦供電安全。