母殿三

（肥城曹莊煤礦有限公司，山東 肥城271601）

1 設計原則

1）繼承與發(fā)展相結合原則

將傳統繼電保護技術以合適方式平移到智能變電站中，結合智能變電站特點，在確?？煽啃浴⑦x擇性、靈敏性、速動性等前提下優(yōu)化和集成等新技術。

2）滿足保護“四性”要求原則

各保護系統的性能應滿足繼電保護的基本原則要求，即可靠性、選擇性、靈敏性、速動性。

3）逐步推進原則

對于保護系統的管理應適應經過行業(yè)標準規(guī)范，結合智能變電站保護的特點和發(fā)展方向，逐步推進分布式保護系統新的模型系統和實現方式。

4）一致性和互操作原則

站控層接入采用DL860（IEC61850）標準，實現站控層互聯互操作。

5）保持合理冗余原則

關于過程層采集、傳輸、執(zhí)行單元和數據交換系統，基于保護的配置和通道實現在現階段保證一定冗余配置。采用傳統一次設備和互感器的變電站，通過按間隔配置分布式保護子機實現過程層功能，以此為基礎按功能分別配置母線、變壓器及線路等設備的保護主機，構建分布式保護系統。

6）實時性和穩(wěn)定性并重原則

加強對實時網絡通訊系統的應用研究和GOOSE 和同步網絡相關的交換機及交換系統的定時實時性、安全可靠性研究，保證系統故障時能及時的切開故障和系統穩(wěn)定性。

2 設計思想

1）可靠性：具有自診斷和自治功能，做到設備故障早預防和預警，自動將供電損失降低到最小程度。

2）信息化：提高可靠、準確、充分、實時、安全的信息。除傳統“四遙”的電氣量信息外還應包括設備信息、環(huán)境信息、圖像信息等，具有保證站內與站外信息訪問安全的功能。

3）數字化：具備電氣量、非電氣量、安全防護系統和火災報警等系統的數字化采集功能。

4）自動化：實現系統工程數據自動生成、二次設備在線/自動校驗、變電站狀態(tài)檢修等功能。

5）互動化：實現變電站與控制中心之間、變電站與變電站之間、變電站與用戶之間和變電站與其它應用需求之間的互聯、互通和互動。

6）資源整合：通過統一標準和建模實現變電站內外信息交互和信息共享。

3 系統簡介

礦山智能供電系統內設備的信息可充分共享，并通過遠動通信接口實現與外部系統的信息共享。構建一個快速、穩(wěn)定、可靠和富有彈性的通信網絡是系統的基本要求。

智能供電系統選用光纖為基礎構建通信網絡，采用現場總線和光纖混合的方案。監(jiān)控分站與環(huán)網通訊平臺間傳輸介質采用光纜進行傳輸，監(jiān)控分站井下高壓防爆開關柜采用礦用阻燃信號電纜進行傳輸，可支持RS485/CAN 等總線。變電所通訊采用IEC60870-5-103 規(guī)約和IEC60870-5-104 規(guī)約，IEC60870-5-103 規(guī)約僅用于傳送變電站繼電保護信息，監(jiān)控信息由IEC60870-5-104 規(guī)約傳送。網絡傳輸速率為10M/100M/1000M 自適應。

圖1 系統構成示意圖

4 系統建設方案

4.1 千兆環(huán)網升級建設

主干網絡采用單模光纖傳輸（傳輸速率1000Mbps），把礦井的設備控制層各子系統連接到此系統平臺上。此系統往下能對礦井內各控制子系統發(fā)布控制命令，監(jiān)視各子系統內設備的運行狀態(tài)，收集所需的生產安全參數，往上能夠通過Web 服務器聯接信息管理網，實現生產與管理信息交換。

4.2 系統監(jiān)控平臺建設

（1）數據采集與統計計算：通過現場（I/O）測控單元采集有關信息，檢測出事件，故障，狀態(tài)，變位信號及模擬量正常，越限信息等，進行包括對數據合理性校驗在內的各種預處理，實時更新數據庫，其范圍包括模擬量，數字量和脈沖量等。

（2）報警處理：分事故報警和預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復限、計算機站控系統的各個部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。

（3）控制操作：具備就地/間隔層/站控層/遠方，多級控制，帶必要的安全檢查和防誤閉鎖。完成對開關、刀閘的控制；對主變分接頭的調節(jié)；保護功能壓板的投退；信號復歸以及設備的啟停等控制功能。

（4）時鐘同步：電站自動化系統通過配置衛(wèi)星時鐘接收設備接收GPS 標準授時信號，以對站控層各個工作站及間隔層各智能設備進行時鐘同步。對間隔層設備的對時方式采用硬對時和軟對時相結合的方式，整個系統各裝置時差≯0.5ms，事件順序分辨率在1ms 之內。

（5）人機界面：通過顯示器對主要電氣設備運行參數和設備狀態(tài)進行監(jiān)視，具有網絡拓撲分析功能，能對設備進行動態(tài)著色，確定帶電設備的顏色。支持動態(tài)潮流和模擬儀表顯示，可通過客戶端腳本制作動畫表示。

（6）遠動功能：具有RTU 的全部功能，遠動信息、主要技術參數、信息傳輸方式和通道，符合調度自動化設計技術規(guī)程（DL5003-91、DL5002-91）。

（7）繼電保護和故障信息管理功能：可對各保護裝置進行操作和管理，包括保護定值的召喚和整定；保護運行定值區(qū)的召喚和切換；保護軟壓板和控制字的投退；保護軟件版本號的召喚和查看。在接收到保護裝置的保護告警和保護事故信息后，可按照預先指定的優(yōu)先級進行信息顯示和向遠方主站轉發(fā)，同時存儲在當地數據庫中。具備對保護動作信息進行分類查詢、檢索等管理功能。在本地子站提供對故障錄波數據的錄波分析功能。根據電網故障信息進行故障選線、故障選相、故障測距，以及諧波分析、序分量分析、裝置動作評判（繼電器動作軌跡分析）和電網故障診斷等。

（8）防越級跳閘系統管理功能：采用專用千兆以太網，與千兆主網互為冗余配置，增加保護安全可靠性。靈活的網絡拓撲結構，不受運行方式影響。保護定值自診斷、比對功能。故障點實時推送畫面。網絡故障自診斷。

（9）電壓無功自動控制調節(jié)功能（AVQC）：計算機監(jiān)控系統根據相關的測量值和設備運行情況，結合預先設定的控制方案和各種參數指標進行綜合判斷計算后，實現對電抗器或電容器斷路器發(fā)出投入或切除指令。實現對電網電壓和功率因數的自動調節(jié)，使其在允許的范圍內變化。

4.3 故障定位系統

通過數字化的采集系統，網絡化的傳輸設備將各個通訊分站的故障信息傳輸到后臺監(jiān)控系統，監(jiān)控系統的分析軟件根據饋線保護裝置上送的各條線路的零序基波分量的幅值和方向進行綜合分析，確定單相接地線路，并可根據用戶需要對接地線路進行試跳選線以消除單相接地故障。同時結合電纜故障測試儀向用戶提供常用的“低壓脈沖法”和“高壓閃絡法”來測量電纜故障，準確的定位故障點。

5 效果分析

本系統實現了實時監(jiān)測井下供電系統各級電壓值，負載電流值，功率值及開關的運行狀態(tài)，并能查看數值歷史曲線；能對各高低壓開關的保護值進行整定和在線修改，通過在客戶機端的操作實現遠程分合閘；能夠對井下電網的數據實時采集處理，對其出現的短路、過載、過壓、漏電等各種系統故障進行實時告警和定位。

［1］雷煌.煤礦井下電網漏電電流的確定及保護技術分析[J].煤礦機械,2004(08).

［2］崔寧.電力系統微機測控技術研究[D].中國石油大學,2007.