郭鵬程

(西山煤電(集團(tuán))公司 發(fā)電分公司，山西 太原 030053)

煤礦供電系統(tǒng)多為架空線路，地處荒郊野外，大多穿越高山、田野、樹(shù)林，故煤礦供電系統(tǒng)的故障概率遠(yuǎn)高于其他行業(yè)。由于外部或內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)的故障或異常原因，造成無(wú)計(jì)劃停電，給煤礦帶來(lái)巨大損失，尤其對(duì)于高瓦斯礦井，極有可能會(huì)出現(xiàn)瓦斯積聚、濃度超限現(xiàn)象，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。

1 煤礦供電系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題

目前，煤礦企業(yè)解決供電可靠性的主要辦法是進(jìn)線多采用雙回路輸電線路供電，若發(fā)生礦井無(wú)計(jì)劃停電事故，采用的仍是人工恢復(fù)送電，這種事故處理方式需要一定的時(shí)間，在這固有的時(shí)間內(nèi)，對(duì)于高瓦斯礦井來(lái)說(shuō)，就可能出現(xiàn)瓦斯超限。另外，現(xiàn)場(chǎng)人員的專業(yè)素質(zhì)、對(duì)事故處理的快慢、恢復(fù)送電所用的時(shí)間長(zhǎng)短都起著至關(guān)重要的作用。

煤礦供電系統(tǒng)是保證礦井安全生產(chǎn)的前提，在理論上講可以配置備用電源自投裝置實(shí)現(xiàn)進(jìn)線之間、進(jìn)線與母聯(lián)之間的電源切換問(wèn)題。但由于備自投裝置是為沒(méi)有電動(dòng)機(jī)負(fù)載的場(chǎng)合設(shè)計(jì)的，在煤礦供電系統(tǒng)應(yīng)用中存在以下的問(wèn)題:

1)切換時(shí)間長(zhǎng)，在恢復(fù)送電前，主風(fēng)機(jī)可能已經(jīng)被切換。

2)無(wú)相頻檢測(cè)，沖擊電流大，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷備用變壓器容易受沖擊損壞或絕緣老化，縮短使用壽命。

3)備自投原理設(shè)計(jì)不完善，遇到永久性故障，會(huì)擴(kuò)大事故范圍。

4)自投成功率低，在發(fā)生越級(jí)跳閘，特別是越二級(jí)跳閘時(shí)，裝置可能會(huì)誤動(dòng)。

由于以上原因，目前多數(shù)煤礦供電系統(tǒng)未配置備自投裝置，或是配置了也未投入使用，仍然采用人工恢復(fù)送電。

2 電源快速切換裝置

快速切換裝置是當(dāng)電源線路發(fā)生故障時(shí)，快速檢測(cè)和識(shí)別故障，將故障快速定位、自動(dòng)隔離、快速切換。

2.1 電源快速切換裝置特點(diǎn)

1)切換功能齊全。有手動(dòng)啟動(dòng)、保護(hù)啟動(dòng)、失壓?jiǎn)?dòng)、誤跳啟動(dòng)、無(wú)流啟動(dòng)、逆功率啟動(dòng)等多種啟動(dòng)方式;兼有并聯(lián)、串聯(lián)和同時(shí)切換方式;兼有快速切換、同期捕捉切換、殘壓切換、長(zhǎng)延時(shí)切換等實(shí)現(xiàn)方式等完備的切換閉鎖功能。

2)可靠的軟硬件設(shè)計(jì)。裝置采用全封閉背插式結(jié)構(gòu)，抗干擾設(shè)計(jì)，使裝置的抗電磁干擾能力提高;出口設(shè)有閉鎖繼電器，保證裝置可靠出口;邏輯單元軟件與管理單元軟件獨(dú)立運(yùn)行，通信、顯示等不會(huì)影響切換邏輯正常運(yùn)行。

3)通過(guò)全面的第三方檢測(cè)。裝置通過(guò)了EMC 最高等級(jí)試驗(yàn)，確保各種惡劣工況下裝置的正常運(yùn)行。

4)友好的易用性。裝置配有漢字液晶顯示，界面菜單直觀，信息顯示詳細(xì)，指示燈豐富，便于操作和調(diào)試;裝置提供調(diào)試接口，可通過(guò)該接口將裝置所有信息(報(bào)告、錄波、定值等)導(dǎo)出。

5)通信功能。支持以太網(wǎng)、RS485 通信接口;支持IEC60870 -5 -103、Modbus 通信規(guī)約。

6)強(qiáng)大的故障錄波及信息記錄功能。信息記錄全面，包括動(dòng)作事件、告警事件、開(kāi)入開(kāi)出變位信息、裝置自檢、運(yùn)行事件及錄波事件等，通過(guò)查看這些事件記錄，可以全面了解設(shè)備的運(yùn)行狀況。

7)時(shí)鐘同步。裝置具備軟件對(duì)時(shí)和硬件對(duì)時(shí)功能。硬件對(duì)時(shí)支持秒脈沖對(duì)時(shí)模式和IRIG -B 碼對(duì)時(shí)模式，裝置自動(dòng)識(shí)別硬件對(duì)時(shí)模式，對(duì)時(shí)誤差≤1 ms。對(duì)時(shí)接口均采用485 差分電平輸入。

軟件對(duì)時(shí)為通訊報(bào)文對(duì)時(shí)，一般IRIG -B 碼對(duì)時(shí)單獨(dú)使用，差分秒脈沖與軟件對(duì)時(shí)一同使用，不建議IRIG-B 碼對(duì)時(shí)與軟件對(duì)時(shí)一同使用。

2.2 電源快速切換技術(shù)的先進(jìn)性

1)安全性。在切換過(guò)程中，裝置實(shí)時(shí)跟蹤開(kāi)關(guān)兩側(cè)電源的電壓、頻率和相位，并提供了多種可靠的啟動(dòng)方式和切換實(shí)現(xiàn)方式，能夠保證快速安全地投入備用電源，同時(shí)不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成大的沖擊。

2)靈活性。傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式往往專門(mén)為現(xiàn)場(chǎng)某種接線方式或者運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，一旦運(yùn)行方式改變，或者需要應(yīng)用到新的接線方式，改動(dòng)非常繁瑣。本裝置結(jié)合了多種合理的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式，僅需更改部分定值即可滿足多種現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施需求。

3)快速性、準(zhǔn)確性。裝置硬件采用最新型DSP+ARM+CPLD 硬件平臺(tái)，高精度AD 采樣芯片，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性以及切換的快速性。

4)可靠性。在硬件和軟件上均設(shè)計(jì)了專門(mén)的抗干擾措施，以及完善的自檢、閉鎖邏輯，并通過(guò)了第三方最高等級(jí)的EMC 檢測(cè)，抗干擾性能有充分的保證。

3 電源快速切換裝置在主扇風(fēng)機(jī)房的應(yīng)用

汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳礦郭家山主扇風(fēng)機(jī)房為雙電源單母分段供電方式，每段母線有1 條進(jìn)線供電，分別帶2 臺(tái)1 120 kW 異步電動(dòng)機(jī)，母聯(lián)為隔離刀閘，正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)刀閘合位，其中1 條進(jìn)線為工作電源，另一進(jìn)線備用。當(dāng)該工作進(jìn)線發(fā)生故障停電時(shí)，該段所帶母線下的負(fù)載將會(huì)全部斷電，從而造成風(fēng)機(jī)停運(yùn)。因此，裝設(shè)了MFC5103 型電源快速切換裝置1臺(tái)，作用是當(dāng)6 kV 的任一條電源進(jìn)線發(fā)生故障時(shí)及時(shí)啟動(dòng)，跳開(kāi)故障進(jìn)線開(kāi)關(guān)，快速合上備用電源開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)房的“零停電”。

下面取1 次的動(dòng)作波形，分析該快切裝置動(dòng)作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)房的“零停電”。

2013 年5 月22 日08:32:17，快切裝置動(dòng)作啟動(dòng)方式為開(kāi)關(guān)變位啟動(dòng)，由進(jìn)線2 供電切換為進(jìn)線1 供電。切換方式為串聯(lián)切換，實(shí)現(xiàn)方式為快速切換，并且切換成功。切換發(fā)生前運(yùn)行方式為進(jìn)線2 工作狀態(tài)為供電，進(jìn)線1 熱備，母聯(lián)刀閘合位串代6 kV I 段。I 段帶風(fēng)機(jī)運(yùn)行。運(yùn)行人員接到命令手動(dòng)倒閘操作，斷開(kāi)進(jìn)線2 電源開(kāi)關(guān)后，快切裝置收到進(jìn)線2 開(kāi)關(guān)變位信號(hào)，啟動(dòng)快切，成功切換，切換過(guò)程中運(yùn)行風(fēng)機(jī)無(wú)異常，持續(xù)運(yùn)行。錄波圖見(jiàn)圖1。

圖1 錄波圖

如圖1 中:

U1ab啟動(dòng):I 段母線ab 相線電壓 U2ab:II 段

U1bc:I 段母線bc 相線電壓 U2bc:II 段

U1ca:I 段母線ca 相線電壓 U2ca:II 段

I1a:I 段進(jìn)線a 相電流 I1a:II 段

I1b:I 段進(jìn)線b 相電流 I1b:II 段

I1c:I 段進(jìn)線c 相電流 I1c:II 段

該裝置自2012 年5 月安裝投運(yùn)以來(lái)，共計(jì)動(dòng)作40 余次，動(dòng)作成功率為100%，杜絕了以往出現(xiàn)的6 kV 進(jìn)線因故障斷電而造成的風(fēng)機(jī)房停電、主扇風(fēng)機(jī)停運(yùn)事故，保證了煤礦電網(wǎng)的安全、可靠、連續(xù)供電，從而使煤礦安全、連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

電源快速切換裝置在煤礦供電系統(tǒng)發(fā)生故障情況下，系統(tǒng)能夠快速檢測(cè)和識(shí)別故障，將故障快速定位、自動(dòng)隔離、快速切換，達(dá)到風(fēng)機(jī)不停、瓦斯不超限的目的。在完成快速恢復(fù)送電的同時(shí)，確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)供電，不會(huì)發(fā)生二次故障，不會(huì)對(duì)受電設(shè)備造成損壞，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)形成沖擊。使供電系統(tǒng)在故障情況下恢復(fù)送電時(shí)間達(dá)到最短，實(shí)現(xiàn)真正意義上的煤礦“不停電”工程。

［1］ 高吉增，楊玉磊，崔學(xué)深.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)失電殘壓的研究及其對(duì)重合過(guò)程的影響［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009(4):45 -48.

［2］ 賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2000:67 -68.

［3］ 朱生石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1994:92 -95.