梁步昊

摘要：煤礦井下電力的安全供應(yīng)與使用是保障礦井施工安全與生產(chǎn)的基本條件。隨著工作量的增加和用電需求的增大，煤礦井下變電所的安裝和設(shè)計(jì)中，越級(jí)跳閘的問題逐漸顯現(xiàn)，為此，本文以新柏煤礦的變電所改造為例，分析解決此問題的方法。

Abstract： The safe supply and use of electric power in underground coal mine is the basic condition to ensure the safety and production of mine construction. With the increase of workload and electricity demand， the problem of overstepping trip appears gradually in the installation and design of the underground substation. This paper takes the transformation of substation of Xinbai Coal Mine as an example to explore the solution.

關(guān)鍵詞：煤礦；井下變電所；越級(jí)跳閘；改造

Key words： coal mine；underground substation；overstepping trip；transformation

中圖分類號(hào)：TD611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）07-0150-02

0 引言

由于井下三級(jí)變電所高壓開關(guān)保護(hù)器為2004-2006年產(chǎn)品，保護(hù)器精度不高，另一方面由于系統(tǒng)容量增大、供電線路不同級(jí)別的短路電流接近，以致保護(hù)的電流定值無法配合，只能犧牲選擇性確?？焖傩?，從而導(dǎo)致了繼電保護(hù)系統(tǒng)越級(jí)跳閘，引起井下大面積停電影響安全生產(chǎn)，因此，為保證供電安全性及可靠性，決定對(duì)井下各變電所防越級(jí)跳閘改造，為保證施工安全，編制此技術(shù)措施。

1 井下變電所設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 井下中央變電所

中央變電所安裝有高壓真空配電裝置共計(jì)7臺(tái)，型號(hào)為BPG43-6，其綜合保護(hù)器帶有漏電、過流，短路，選擇性接地保護(hù)功能。低壓供電系統(tǒng)由2臺(tái)KBSG-500/6kV/0.69干式變壓器進(jìn)行變配電，用兩臺(tái)KBZ2-630型饋電開關(guān)作為低壓總開，帶有選擇性漏電保護(hù)功能。KBZ2--400饋電開關(guān)作為支路饋電開關(guān)，3臺(tái)QBR-400礦用隔爆型軟啟動(dòng)器，用于3臺(tái)主排水泵控制。

1.2 三采區(qū)1050水平變電所

變電所內(nèi)安裝1臺(tái)200kVA干式變壓器，安裝8臺(tái)BGP43-6型高壓真空配電裝置和4臺(tái)KBZ-400.200/1140.660Z（F）低壓智能型真空饋電開關(guān)，三采區(qū)1050水平變電所主要為三采區(qū)上運(yùn)膠帶機(jī)、三采區(qū)變頻絞車和三采區(qū)890水平變電所提供電源。高壓開關(guān)采用ZLZB-5A型微電腦智能高壓綜合保護(hù)裝置，具有短路、過載、欠壓、相不平衡、漏電、漏電閉鎖、故障記憶及顯示等保護(hù)功能。低壓開關(guān)柜采用PLC微電腦處理器保護(hù)裝置，具有漏電、漏電閉鎖、短路、過流、過載、欠壓、斷相與相不平衡、故障記憶等保護(hù)功能。

1.3 三采區(qū)890水平變電所

變電所內(nèi)安裝2臺(tái)200kVA干式變壓器，安裝2臺(tái)630kVA干式變壓器，安裝13臺(tái)BGP43-6型高壓真空配電裝置和13臺(tái)KBZ-630.400.200/1140.660Z（F）低壓智能型真空饋電開關(guān)，三采區(qū)890變電所主要為3510綜采面、3509綜掘面、三采區(qū)排水、開拓、掘進(jìn)和開拓工作面雙風(fēng)機(jī)提供電源。高壓開關(guān)柜采用ZLZB-5A型微電腦智能高壓綜合保護(hù)裝置，具有短路、過載、欠壓、相不平衡、漏電、漏電閉鎖、故障記憶及顯示等保護(hù)功能。低壓開關(guān)柜采用PLC微電腦處理器保護(hù)裝置，具有漏電、漏電閉鎖、短路、過流、過載、欠壓、斷相與相不平衡、故障記憶等保護(hù)功能。

2 存在問題和改造的必要性

由于井下三級(jí)變電所高壓開關(guān)保護(hù)器為2004-2006年產(chǎn)品，保護(hù)器精度不高，另一方面由于系統(tǒng)容量增大、供電線路不同級(jí)別的短路電流接近，造成保護(hù)的電流定值無法配合，考慮到供電保護(hù)的整體設(shè)計(jì)，不得不放棄選擇性而選擇快速性，但是這種設(shè)計(jì)會(huì)造成礦井電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)“越級(jí)跳閘”，而且由于先前放棄了選擇性保護(hù)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致系統(tǒng)在突發(fā)短路故障的情況下大面積停電，并最終影響了礦井的安全生產(chǎn)秩序和供電的可靠性。

3 改造實(shí)施內(nèi)容

①新柏煤礦井上、井下已建成千兆以太環(huán)網(wǎng)，在地面6kV變電所和井下中央變電所、三采區(qū)1050變電所、三采區(qū)890變電所裝有千兆以太網(wǎng)交換機(jī)。防越級(jí)跳閘及電力監(jiān)控系統(tǒng)在地面6kV變電所和井下中央變電所、三采區(qū)1050變電所、三采區(qū)890變電所各安裝一臺(tái)測控電力監(jiān)控通訊分站；內(nèi)置以太網(wǎng)交換機(jī)的各個(gè)電力監(jiān)控通訊分站分別與本變電所千兆以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，以便將通訊信號(hào)接入以太環(huán)網(wǎng)。

②井下變電所高爆開關(guān)智能保護(hù)器功能符合通訊要求，保護(hù)器的RS485信號(hào)直接接入本變電所測控監(jiān)控通訊分站的RS485接口。井下變電所需要進(jìn)行防越級(jí)跳閘閉鎖的高壓開關(guān)因原有保護(hù)器沒有防止短路越級(jí)跳閘閉鎖功能，不能防止越級(jí)跳閘，全部更換成開封測控具有防治短路越級(jí)跳閘閉鎖功能的高壓智能保護(hù)器；更換后，保護(hù)器的RS485信號(hào)與本變電所監(jiān)控通訊分站的RS485接口連接，高壓開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控通訊分站，從監(jiān)控通訊分站經(jīng)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

③在地面變電所安裝防越級(jí)跳閘閉鎖控制器1臺(tái)，井下變電所高壓電路各路母線均裝配短路閉鎖控制器1臺(tái)；母線上所有分開關(guān)智能保護(hù)器的短路電流閉鎖信號(hào)輸入短路閉鎖控制器，短路閉鎖控制器的輸出信號(hào)能夠?qū)λ谀妇€上的供電總開關(guān)智能保護(hù)器的速斷機(jī)構(gòu)進(jìn)行閉鎖操控，照此以此向上閉鎖，這樣可以保證在突發(fā)短路故障時(shí)電路不會(huì)越級(jí)跳閘。

④作為電力監(jiān)控主站的地面變電所監(jiān)控室應(yīng)該按照設(shè)計(jì)要求分別裝配打印機(jī)、UPS電源、力控電力版專業(yè)組態(tài)軟件、備用機(jī)、監(jiān)控主機(jī)各1臺(tái)。另外，與地面監(jiān)控室內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)之間用網(wǎng)線連接的備用機(jī)和監(jiān)控主機(jī)與井下變電所監(jiān)控通訊分站之間可通過以太網(wǎng)相互傳輸通訊信號(hào)。

⑤RS485總線將以太網(wǎng)、監(jiān)控主機(jī)、備用機(jī)、監(jiān)控通訊分站和智能綜合保護(hù)器互聯(lián)成一套結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娏ΡO(jiān)控系統(tǒng)。其中，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、處理以及對(duì)電力線路的綜合保護(hù)工作主要通過保護(hù)器實(shí)現(xiàn)；輸電線路的運(yùn)行參數(shù)通過通訊分站輪詢保護(hù)器集中采集后傳輸至監(jiān)控主機(jī)；監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)線采集由通訊分站實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)的線路運(yùn)行參數(shù)，再經(jīng)過軟件處理后遠(yuǎn)程監(jiān)測和監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的管理和調(diào)度。

⑥將地面6kV變電所進(jìn)線Ⅰ、Ⅱ柜、井下Ⅰ、Ⅱ柜、母聯(lián)斷路器柜、井下中央變電所兩臺(tái)進(jìn)線柜、兩臺(tái)供1050變電源柜、一臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜，三采區(qū)1050變電所兩臺(tái)進(jìn)線柜、兩臺(tái)供890變電所電源柜、一臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜，三采區(qū)890變電所兩臺(tái)進(jìn)線柜、兩臺(tái)供綜采面柜、一臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜、兩臺(tái)供綜掘面柜的保護(hù)器更換成開封測控具有防越級(jí)跳閘閉鎖功能的DSB-600B型智能保護(hù)器。

4 對(duì)改造后系統(tǒng)的要求

①分層集中式控制系統(tǒng)中的各功能模塊獨(dú)立工作，間隔層之間主要借助裝配在變電所內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊實(shí)現(xiàn)信息交互，這些機(jī)構(gòu)與變電所連接構(gòu)成一套結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆植际酵ㄐ畔到y(tǒng)。

②在斷路器操作過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

③后臺(tái)監(jiān)控機(jī)構(gòu)應(yīng)該與多站數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，以便通過各類接口和規(guī)約進(jìn)行信息交互。

④為了滿足現(xiàn)場個(gè)性化的設(shè)置要求，改造后的系統(tǒng)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊、支持分層操控的軟件工具。

⑤變電所功能模塊改造要求：1）基于Windows操作平臺(tái)的分時(shí)多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)；2）構(gòu)建多層次畫面，厘清系統(tǒng)運(yùn)行管理和系統(tǒng)檢修的工作任務(wù)，進(jìn)一步明確相關(guān)技術(shù)員的任務(wù)和管理權(quán)限；3）通過列表和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式實(shí)時(shí)顯示整個(gè)供電所的模擬量；4）實(shí)時(shí)、全面地掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，尤其是電器元件的運(yùn)行工況；5）實(shí)時(shí)累加并且列表顯示電能表；6）當(dāng)系統(tǒng)突發(fā)故障時(shí)自動(dòng)彈出事故閃爍畫面；7）支持自動(dòng)化自檢和異常警報(bào)功能；8）畫面漫游。

⑥變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行模式：除部分手動(dòng)操控內(nèi)容以外，其他檢測、監(jiān)控和警報(bào)等功能都是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操控?；谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)全面遠(yuǎn)程監(jiān)測、遠(yuǎn)程通訊和遠(yuǎn)程調(diào)控變電所內(nèi)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行工況，減少人工操作任務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)“無人值守”。

⑦RS485總線將監(jiān)控主機(jī)、備用機(jī)、智能綜合保護(hù)器和各個(gè)監(jiān)控通訊分站接入以太網(wǎng)構(gòu)建起一套高效運(yùn)行的電力監(jiān)測與控制系統(tǒng)。對(duì)各部分運(yùn)行參數(shù)的采集和處理，對(duì)電力線路的綜合保護(hù)，均通過系統(tǒng)保護(hù)器實(shí)現(xiàn)；通訊分站輪詢保護(hù)器實(shí)時(shí)獲取輸電線路的運(yùn)行參數(shù)，并將其傳輸至監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行集中處理。同時(shí)，監(jiān)控主機(jī)也能通過與各通訊分站的網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)時(shí)獲取線路運(yùn)行參數(shù)，然后經(jīng)過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過遙信、遙測、遙控等功能實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理和控制。

⑧在地面6kV變電站安裝一臺(tái)防越級(jí)跳閘閉鎖控制器，在井下中央變電所、三采區(qū)1050變電所、三采區(qū)890變電所高壓電路每條母線上安裝一臺(tái)KXJ127Z隔爆兼本安型防越級(jí)跳閘閉鎖控制器，共安裝7臺(tái)；短路閉鎖控制器的RS485接口通過礦用阻燃屏蔽電纜連接本變電所測控電力監(jiān)控通訊分站；高壓母線上所有分開DSB-600B型智能保護(hù)器的短路電流閉鎖信號(hào)輸入短路閉鎖控制器，短路閉鎖控制器的輸出信號(hào)閉鎖該母線供電總開關(guān)智能保護(hù)器的電流速斷保護(hù)功能，使之不速斷跳閘，依次向上閉鎖，以確保在電路某處發(fā)生短路時(shí)不產(chǎn)生越級(jí)跳閘。

⑨系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)和通訊分站的內(nèi)置交換機(jī)預(yù)留多個(gè)百兆以太網(wǎng)接口，通過這些接口可以很方便地在地面、井下與其它監(jiān)控系統(tǒng)、礦局域網(wǎng)和其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，方便系統(tǒng)的擴(kuò)展和與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

⑩采用智能型中文漢顯微電腦綜合保護(hù)裝置具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能及遙控、遙測、遙調(diào)、遙信的“四遙”功能，還要有漏電、過載、短路、絕緣監(jiān)測保護(hù)功能，實(shí)時(shí)顯示電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)、功率因數(shù)、有功、無功、電度等。具有三段式保護(hù)器，與井下變電所河南礦用電氣有限責(zé)任公司PBG43-6型礦用隔爆型永磁機(jī)構(gòu)高壓真空配電裝置配套運(yùn)行，與地面變電所KYN28A-12鎧裝型移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備配套使用。

5 項(xiàng)目直接技術(shù)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析

使用煤礦井下供電數(shù)字化防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)可使礦井供電更加安全可靠，降低事故率，減少故障處理時(shí)間，提高礦井效益。變電所供電質(zhì)量及其電氣設(shè)備的各種保護(hù)及監(jiān)測裝置進(jìn)一步改善，運(yùn)行更加安全可靠，能夠最大限度地減少因供用電故障而造成的事故，提高供電、系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用，減少設(shè)備運(yùn)行中常見的故障，延長設(shè)備使用壽命，減少生產(chǎn)影響，每年可將維護(hù)配件費(fèi)用每年可降低20萬元。另外該系統(tǒng)的投用，可以大大優(yōu)化供用電系統(tǒng)，可改善我礦電氣自動(dòng)化控制與保護(hù)的現(xiàn)狀，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分明顯。

6 結(jié)論

煤礦井下供電數(shù)字化防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)可使煤礦井下供電系統(tǒng)更加安全可靠，降低事故率，減少故障處理時(shí)間，提高礦井效益。能夠最大限度地減少因供用電故障而造成的事故，提高供電、系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用，完成煤礦井下供電數(shù)字化防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)后提高了礦井供用電和自動(dòng)化水平，可以為兄弟礦井提供借鑒經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。

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