陽(yáng)坡泉煤礦防越級(jí)跳閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁小浩，宋慶民

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

供電系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，供電系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備保護(hù)的全面性、信息的可靠性、操作流程的安全性等方面的高低，是煤礦保障安全生產(chǎn)能力的體現(xiàn)，反映礦井快速處理故障和突發(fā)事件的能力；礦井電力監(jiān)控管理系統(tǒng)是消除煤礦供電重大事故，解決煤礦供電越級(jí)跳閘，實(shí)現(xiàn)安全供電、合理用電、節(jié)能降耗、精細(xì)化管理的必備裝備[1]。

應(yīng)用于陽(yáng)坡泉煤礦的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患、保障可靠供電、消除煤礦越級(jí)跳閘大面積停電事故、提升煤礦供電裝備可靠性，減人提效、節(jié)能降耗、提高煤礦供電管理水平、實(shí)現(xiàn)煤礦供電自動(dòng)化監(jiān)控管理發(fā)揮著重要作用。系統(tǒng)采用獨(dú)創(chuàng)的智能網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)技術(shù)和綜合防越級(jí)跳閘技術(shù)，全面解決短路、失壓、電壓波動(dòng)、互感器飽和、電磁干擾、漏電、開(kāi)關(guān)拒動(dòng)、誤動(dòng)、誤操作等原因造成的越級(jí)跳閘，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的全面保護(hù)，而不是傳統(tǒng)地解決僅僅短路和失壓越級(jí)跳閘。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取系列安全供電閉鎖設(shè)施，完善的操作工作票、操作向?qū)?、程序防誤閉鎖，安全預(yù)案操作，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)停送電密碼閉鎖和電子掛牌、遠(yuǎn)程操控閉鎖和電子掛牌等安全閉鎖功能，真正的硬件智能閉鎖，就地、遠(yuǎn)程均可設(shè)置，從各環(huán)節(jié)保障安全供電。

系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)捷可靠，可直接接入礦井自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，也可建立專(zhuān)用的通信網(wǎng)絡(luò)，保障防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的可靠性，可兼容其他設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備與供電系統(tǒng)的一體化監(jiān)控管理。系統(tǒng)建設(shè)和改造容易，開(kāi)關(guān)只需將現(xiàn)有綜合保護(hù)器更換為智能監(jiān)控保護(hù)器接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)即可，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)使用普通礦用通信線(xiàn)纜，維護(hù)容易，不改變防爆開(kāi)關(guān)電纜引入結(jié)構(gòu)，不需要特殊專(zhuān)用工具，適應(yīng)煤礦現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)維修，降低了環(huán)境要求和技術(shù)要求[2]。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

陽(yáng)坡泉煤礦井下主要有3個(gè)變電所：中央變電所、南翼采區(qū)變電所、西翼采區(qū)變電所。目前未建立供電設(shè)備的集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，不能夠集中遠(yuǎn)程進(jìn)行停電送電及供電系統(tǒng)管理，并且高壓防爆開(kāi)關(guān)內(nèi)部自身供電，無(wú)內(nèi)置后備保護(hù)電源，雨季期打雷或者電纜短路造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，造成井下防爆高壓開(kāi)關(guān)失壓脫扣器跳閘大面積停電，而且當(dāng)開(kāi)關(guān)電源側(cè)停電時(shí)，開(kāi)關(guān)保護(hù)器顯示器也斷電黑屏，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法在需要檢查故障時(shí)查看開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)、動(dòng)作事件和故障保護(hù)情況[3]。

由于井下供電線(xiàn)路比較短，線(xiàn)路首末端電流值相差小，短路保護(hù)定值很難整定，會(huì)導(dǎo)致短路過(guò)流引起的越級(jí)跳閘情況時(shí)有發(fā)生，給煤礦造成較大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。因此，根據(jù)以上情況，設(shè)計(jì)一套適合陽(yáng)坡泉煤礦的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)非常有必要。

2 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

采用網(wǎng)絡(luò)智能防越級(jí)跳閘繼電保護(hù)技術(shù)和具有防越級(jí)跳閘功能的智能監(jiān)控保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)井下供電系統(tǒng)防止越級(jí)跳閘功能。在地面監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)井下中央變電所、南翼采區(qū)變電所、西翼采區(qū)變電所、西翼水泵房電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程集中控制，存儲(chǔ)、查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行記錄、故障報(bào)警記錄信息，實(shí)現(xiàn)故障、預(yù)警聲音報(bào)警，報(bào)表打印、系統(tǒng)連接局域網(wǎng)功能。實(shí)現(xiàn)中央變電所、南翼采區(qū)變電所、西翼采區(qū)變電所、西翼水泵房的高低壓開(kāi)關(guān)、移變、照明綜保的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控功能。實(shí)現(xiàn)供電監(jiān)控系統(tǒng)全礦聯(lián)網(wǎng)共享，通過(guò)礦井網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)連接調(diào)度中心、供電隊(duì)、機(jī)電科、機(jī)電副總、機(jī)電礦長(zhǎng)等相關(guān)辦公室計(jì)算機(jī)，通過(guò)不同授權(quán)方式實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心、礦領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)科室、供電區(qū)隊(duì)對(duì)電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的共享。

3 系統(tǒng)實(shí)施方案

3.1 地面監(jiān)控中心

在礦方調(diào)度中心建立電力監(jiān)控中心，安裝由電力監(jiān)控服務(wù)器組成的監(jiān)控系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)軟件，該軟件具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和專(zhuān)業(yè)供電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制、管理功能，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程集中控制，存儲(chǔ)、查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行記錄、故障報(bào)警記錄信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況、遠(yuǎn)程操作控制井下設(shè)備的運(yùn)行和試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)故障、預(yù)警聲音報(bào)警，報(bào)表打印、系統(tǒng)連接局域網(wǎng)等功能[4]。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)

陽(yáng)坡泉煤礦已建立礦井環(huán)網(wǎng)平臺(tái)，地面調(diào)度中心、井下中央變電所、南翼采區(qū)變電所、西翼采區(qū)變電所安裝有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，系統(tǒng)利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與地面監(jiān)控中心通信，如圖1所示。

圖1 陽(yáng)坡泉煤礦井上下供電系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram of up and down power supply system of Yangpoquan Coal Mine

井下各變電所設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 陽(yáng)坡泉煤礦井下變電所設(shè)備明細(xì)

3.3 中央變電所電力監(jiān)控

3.3.1 高壓開(kāi)關(guān)部分

中央變電所內(nèi)共有13臺(tái)電光防爆高壓開(kāi)關(guān)，由于內(nèi)部保護(hù)器性能達(dá)不到遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求且不具備防止越級(jí)跳閘功能，現(xiàn)將其全部更換為SGZB-07A型具備防越級(jí)跳閘功能的智能監(jiān)控保護(hù)器。

SGZB-07A型保護(hù)器集監(jiān)測(cè)、計(jì)量、控制、保護(hù)于一體，用于供電設(shè)備、供電線(xiàn)路、用電負(fù)荷的全面安全保護(hù)、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)量和遠(yuǎn)程操作控制，防止供電系統(tǒng)故障運(yùn)行、越級(jí)跳閘、大面積停電等事故，實(shí)現(xiàn)事故預(yù)先監(jiān)測(cè)、事前報(bào)警、分級(jí)保護(hù)、快速分析處理和電力運(yùn)行管理、實(shí)時(shí)用電計(jì)量管理功能。SGZB-07A型保護(hù)器具有防越級(jí)跳閘、內(nèi)置后備電源、操作安全閉鎖和電子掛牌、高精度峰谷分時(shí)計(jì)量、開(kāi)關(guān)斷路器動(dòng)作性能監(jiān)測(cè)、開(kāi)關(guān)腔內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)、多種形式錄波、故障記憶閉鎖、統(tǒng)一校時(shí)功能[5]。

3.3.2 低壓開(kāi)關(guān)部分

中央變電所內(nèi)共有9臺(tái)電光防爆低壓開(kāi)關(guān)，由于內(nèi)部保護(hù)器性能達(dá)不到遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求且不具備遠(yuǎn)程漏電跳閘試驗(yàn)功能，現(xiàn)將其更換為DZB14-K型低壓配電裝置智能監(jiān)控保護(hù)器。

DZB14-K型保護(hù)器除具備基本的監(jiān)測(cè)監(jiān)控功能、常規(guī)保護(hù)功能外，還具有后備電源功能、電子掛牌功能、安全操作閉鎖功能、遠(yuǎn)程漏電試驗(yàn)功能、特征數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能、溫度監(jiān)測(cè)功能、多種形式錄波功能、故障記憶閉鎖功能、統(tǒng)一校時(shí)功能[6]。

3.3.3 礦用隔爆型照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置部分

中央變電所內(nèi)共有1臺(tái)電光防爆照明綜保，保護(hù)器具備通信功能，由廠家提供通信協(xié)議及點(diǎn)表，采用通信接入方式接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的停電、送電功能和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能。

3.3.4 監(jiān)控裝置部分

在中央變電所內(nèi)安裝1臺(tái)帶彩色液晶屏幕的KJ516-F1型本安型分站，把中央變電所內(nèi)高、低壓開(kāi)關(guān)、照明綜保接入到本安型分站內(nèi)，用于數(shù)據(jù)采集、控制傳輸，分站內(nèi)嵌入有防止越級(jí)跳閘功能軟件，配合SGZB-07A智能型監(jiān)控保護(hù)器實(shí)現(xiàn)防止越級(jí)跳閘功能?？梢酝ㄟ^(guò)彩色液晶顯示屏進(jìn)行本地狀態(tài)查詢(xún)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢(xún)操作。KJ516-F1本安型分站具有多路以太網(wǎng)電口和光口、多路數(shù)字信號(hào)通信接口，上行能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電口接入變電所網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，下行具有多路數(shù)字信號(hào)接口，把變電所內(nèi)的高、低壓開(kāi)關(guān)和照明綜保保護(hù)器通過(guò)通信電纜接入到分站內(nèi)進(jìn)行通信[7]。

同時(shí)安裝1臺(tái)KDW127/12B礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源(內(nèi)置鋰離子后備電池)，為本安型數(shù)據(jù)傳輸分站提供后備不小于4 h的后備電源。中央變電所開(kāi)關(guān)通信接線(xiàn)示意如圖2所示。

圖2 中央變電所開(kāi)關(guān)通信接線(xiàn)示意Fig.2 Schematic diagram of switch communication wiring of central substation

3.4 其他場(chǎng)所電力監(jiān)控

南翼采區(qū)變電所、西翼采區(qū)變電所和西翼水泵房均按照中央變電所設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改造。

3.5 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)功能

應(yīng)用于陽(yáng)坡泉煤礦的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)、GD-BUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和“零延時(shí)”傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，將輸電線(xiàn)路各端的保護(hù)裝置互聯(lián)成網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，協(xié)同保護(hù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，可將井下中央變電所、南翼采區(qū)變電所、西翼采區(qū)變電所任何一個(gè)地方輸電線(xiàn)的故障信息傳送到網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，判斷出故障點(diǎn)位置，由保護(hù)裝置根據(jù)其對(duì)故障的位置和作用決定其保護(hù)方式，實(shí)施多級(jí)保護(hù)，從而能切除離故障點(diǎn)最近的線(xiàn)路[8]，同時(shí)，一個(gè)保護(hù)裝置本身發(fā)生故障時(shí)上級(jí)能自動(dòng)代替保護(hù)，是目前最先進(jìn)、最可靠的防越級(jí)跳閘技術(shù)。這種保護(hù)自動(dòng)與相鄰線(xiàn)路的保護(hù)在動(dòng)作參數(shù)上進(jìn)行配合，可以實(shí)現(xiàn)全線(xiàn)速動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)中的保護(hù)裝置根據(jù)各自收到的保護(hù)故障信息及地址編號(hào)，自動(dòng)調(diào)整各級(jí)保護(hù)的動(dòng)作參數(shù)。從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速有選擇性的切除故障線(xiàn)路，保證非故障線(xiàn)路安全可靠運(yùn)行[9]。

防越級(jí)跳閘系統(tǒng)方案特點(diǎn)：系統(tǒng)集母差、縱差保護(hù)功能與一體，全線(xiàn)均具有速斷保護(hù)，適應(yīng)陽(yáng)坡泉煤礦多級(jí)供電系統(tǒng)要求，不存在速斷保護(hù)失效問(wèn)題。且全線(xiàn)多級(jí)動(dòng)態(tài)保護(hù)，后備保護(hù)、遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整，不存在越靠近電源側(cè)后備保護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)的問(wèn)題；具有開(kāi)關(guān)故障替補(bǔ)功能，避免設(shè)備隱患導(dǎo)致的防越級(jí)跳閘功能失效，且可通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免設(shè)備或線(xiàn)路隱患導(dǎo)致的防越級(jí)跳閘功能失效[10]。

防越級(jí)跳閘系統(tǒng)不是閉鎖非直接故障開(kāi)關(guān)的速斷保護(hù)，而是將非直接故障的開(kāi)關(guān)速斷轉(zhuǎn)為后備保護(hù)狀態(tài)，避免給故障分析造成困惑?；诠╇娤到y(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，不需要額外增加設(shè)備，減少投資以及出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)[11]?；诒Ｗo(hù)裝置控制開(kāi)關(guān)，不增加開(kāi)關(guān)額外閉鎖環(huán)節(jié)，不會(huì)因?yàn)樵黾宇~外閉鎖環(huán)節(jié)給開(kāi)關(guān)帶來(lái)的安全隱患。

總線(xiàn)傳輸介質(zhì)使用導(dǎo)線(xiàn)型通信電纜，后期維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。對(duì)多臺(tái)開(kāi)關(guān)互感器特性的一致性無(wú)嚴(yán)格要求，解決因電流互感器飽和問(wèn)題帶來(lái)的防止越級(jí)失敗。

系統(tǒng)可自動(dòng)判斷故障位置，并能對(duì)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)產(chǎn)生的越級(jí)跳閘提供快速恢復(fù)供電方案。同時(shí)，系統(tǒng)采取了可靠的軟、硬件措施，確保監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)安全性及監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備的安全性[12]。

4 結(jié)語(yǔ)

防越級(jí)跳閘系統(tǒng)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，可大大提高陽(yáng)坡泉煤礦供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性，保證陽(yáng)坡泉煤礦的安全生產(chǎn)。利用智能網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)技術(shù)，構(gòu)建該煤礦供電防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，該系統(tǒng)效率高，能準(zhǔn)確判斷故障的類(lèi)型，有效地解決礦井電力保護(hù)系統(tǒng)中的越級(jí)跳閘問(wèn)題。