周術(shù)禹
摘要:煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)的越級跳閘現(xiàn)象,降低了煤礦供電穩(wěn)定性,影響煤礦采掘機(jī)電設(shè)備的正常供電。為了避免煤礦供電事故的發(fā)生,提出了供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng),分析了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成及工作原理。通過實(shí)踐應(yīng)用效果來看,該系統(tǒng)故障率低、應(yīng)用效果好,有效阻止了煤礦供電越級跳閘現(xiàn)象,供電事故率降低了32%,全年可節(jié)約電費(fèi)達(dá)127萬元,取得了顯著的應(yīng)用成效。
關(guān)鍵詞:煤礦供電;越級跳閘;監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用分析
中圖分類號:TD61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1009—9492(2021)03—0245—02
0引言
供電系統(tǒng)是煤礦的重要組成部分,隨著煤礦機(jī)械化水平的提高,供電系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中起著重要作用。隨著煤礦生產(chǎn)能力的提高,礦井采掘區(qū)域范圍擴(kuò)大,礦井內(nèi)機(jī)電設(shè)備數(shù)量增多,礦井供電線路分布區(qū)域廣、線路長,導(dǎo)致礦井供電系統(tǒng)負(fù)荷增加,短路現(xiàn)象嚴(yán)重,礦井供電系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象,一旦發(fā)生越級跳閘事故,不僅降低供電系統(tǒng)穩(wěn)定性,加大電能損耗,增加供電系統(tǒng)檢修維護(hù)難度,而且很容易發(fā)生重大煤礦供電事故,如變壓器、開關(guān)燒毀、電網(wǎng)燒毀等。我國煤礦供電系統(tǒng)傳統(tǒng)方式主要通過安裝繼電保護(hù)器進(jìn)行供電穩(wěn)壓控制,但是由于受機(jī)電保護(hù)器質(zhì)量、安裝工藝、保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)性能以及供電系統(tǒng)監(jiān)控自動化水平限制,煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘故障無法從根本上消除。
某公司隨著礦井不斷開拓延伸,礦井采掘工作面數(shù)量增大,導(dǎo)致礦井內(nèi)機(jī)電設(shè)備數(shù)量增加、供電線路延長以及供電網(wǎng)范圍擴(kuò)大,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,該煤礦對變電所上下級主要采用繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)礦井正常穩(wěn)定供電,但是由于井上下變電所采用不同型號的保護(hù)器,保護(hù)器整定值無法統(tǒng)一,當(dāng)發(fā)生電路短路時(shí)很容易發(fā)生供電系統(tǒng)越級跳閘現(xiàn)象。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),2019年1-7月,礦井供電系統(tǒng)共計(jì)發(fā)生9次越級跳閘故障,礦井停產(chǎn)19h,采區(qū)變電所高壓隔爆開關(guān)燒毀4臺,造成煤礦經(jīng)濟(jì)損失150余萬元;供電系統(tǒng)越級跳閘故障不僅影響著煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn),增加了礦井經(jīng)濟(jì)損失,而且很容易發(fā)生重大煤礦機(jī)電事故。對此,決定對礦井供電系統(tǒng)安裝一套供電系統(tǒng)越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)。
本文通過分析供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理,對煤礦供電系統(tǒng)實(shí)施越級跳閘監(jiān)控、故障處理,對進(jìn)一步提高煤礦供電穩(wěn)定性具有重要意義。
1煤礦供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下。
(1)該煤礦主要采用KJ698供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)是礦井供電系統(tǒng)中獨(dú)立存在的一套子系統(tǒng),主要由DSI5111K地面保護(hù)裝置、DSI5711保護(hù)控制器、KJ698-F通訊分站、IDA9000監(jiān)控主站及以太網(wǎng)等部分組成。
(2)該系統(tǒng)最核心的部件為保護(hù)裝置與保護(hù)控制器,分路發(fā)生故障后主要是通過保護(hù)裝置來避免影響主線;保護(hù)裝置還能將供電系統(tǒng)的選擇性漏電確定在某段,該裝置能夠?qū)λ胁杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析并執(zhí)行保護(hù)動作。保護(hù)裝置之間的橫向傳輸及保護(hù)裝置與后臺的縱向傳輸均通過環(huán)網(wǎng)作為介質(zhì)。
(3)通訊分站內(nèi)安裝備用電源與環(huán)網(wǎng)交換機(jī),能夠?qū)颅h(huán)網(wǎng)的5路光信號機(jī)30路電信號進(jìn)行傳遞,還可以加裝3路RS口來實(shí)現(xiàn)低壓保護(hù)信號傳輸,數(shù)據(jù)可以通過接口進(jìn)行上傳。
(4)監(jiān)控主站主要包括地面變電所、井下變電所、各掘進(jìn)配電點(diǎn)、綜采皮帶頭、避難硐室等全礦供電系統(tǒng)。監(jiān)控主站主要由集控中心的主機(jī)與監(jiān)控分站組成,同時(shí)利用無人值守系統(tǒng)能夠簡化監(jiān)控分站,集控中心的主機(jī)安裝在調(diào)度機(jī)房內(nèi),由多臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,通過環(huán)網(wǎng)與礦井其他智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
1.2系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)工作原理如下。
(1)為了能夠確保井下供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,地面變電站通常將速斷保護(hù)設(shè)置成無延時(shí)。這是由于井下電纜的長度較短,與負(fù)荷側(cè)變電站的電流保護(hù)會出現(xiàn)動作區(qū)重合,這樣就失去了選擇性,如圖1所示。
(2)KJ698供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)采用GOOSE技術(shù)對各保護(hù)測控設(shè)備間的信息進(jìn)行快速交換,通過饋出線保護(hù)動作信號與變電站保護(hù)動作信號能夠?qū)崿F(xiàn)線纜的速斷保護(hù)功能,以此來實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)動作。
(3)當(dāng)供電線路發(fā)生故障后會產(chǎn)生較大的短路電流,造成線纜末端無法靠電流定值來實(shí)現(xiàn)選擇性,所有電流保護(hù)裝置在30 ms內(nèi)均打開速斷保護(hù),向上一級發(fā)出閉鎖信號,同時(shí)監(jiān)測下一級閉鎖信號是否發(fā)出。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到閉鎖信號后將速斷出口閉鎖,從而避免越級跳閘,這個(gè)判斷過程的時(shí)間需在20ms內(nèi),即故障在發(fā)生到判斷出故障位置的時(shí)間不得超過50 ms,斷路固有時(shí)間經(jīng)過70 ms后能夠?qū)⒐收锨谐@個(gè)過程能夠在120ms內(nèi)完成。
2煤礦供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用效果分析
2.1系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)
煤礦供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)如下。
(1)礦井智能化防越級系統(tǒng)能夠大大提高礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時(shí)利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù),在故障發(fā)生的瞬間采取上、下級鎖模式,實(shí)現(xiàn)供電線纜的縱向選擇性保護(hù)。
(2)系統(tǒng)采用IEC技術(shù)及智能定位法,實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)智能化控制,同時(shí)采用FA軟件、環(huán)網(wǎng)及先進(jìn)的通訊技術(shù)將井下所有的保護(hù)裝置形成橫向通訊。該系統(tǒng)還有擴(kuò)容接口,能夠與其他設(shè)備相互連接,提高系統(tǒng)的開放性。保護(hù)裝置通過環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,具有數(shù)據(jù)傳輸快、接口范圍廣、結(jié)構(gòu)加單、兼容性好,能夠很好地適用于礦井供電設(shè)備的相互傳輸。
(3)該系統(tǒng)能夠?qū)㈤_關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在屏幕上,并對開關(guān)檢測到的故障進(jìn)行報(bào)警。
(4)采用該系統(tǒng)后在供電設(shè)備內(nèi)部安裝大電容,能夠確保開關(guān)斷電后,內(nèi)部的保護(hù)裝置能夠在失去上級電源后仍然工作1min,保護(hù)裝置能夠在這1mim內(nèi)完成所有數(shù)據(jù)的上傳。
(5)采用該系統(tǒng)后,井下高壓開關(guān)安裝檢修按鈕,將檢修按鈕與地面集控中心相連,實(shí)現(xiàn)井下開關(guān)與地面相互閉鎖,從而提高供電工作的安全性。
(6)該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不足,主要表現(xiàn)在以下幾方面:①該系統(tǒng)主要利用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸、指令發(fā)送等,由于受電氣設(shè)備高次諧波影響,工業(yè)以太網(wǎng)出現(xiàn)失真現(xiàn)象,不利于數(shù)據(jù)快速、高效傳輸;②由于礦井在生產(chǎn)期間產(chǎn)生高濃度粉塵,導(dǎo)致安裝在大巷、工作面的監(jiān)控分站、保護(hù)器內(nèi)聚集大量粉塵,降低了裝置使用壽命,需定期進(jìn)行清理。
2.2實(shí)際應(yīng)用效果分析
2020年2月12日,該煤礦對礦井供電系統(tǒng)安裝了KJ698供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng),截2020年7月,通過6個(gè)月的實(shí)際應(yīng)用效果來看,該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有動作保護(hù)靈敏可靠、系統(tǒng)故障率低等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)安裝后,礦井在后期生產(chǎn)過程中未出現(xiàn)供電系統(tǒng)越級跳閘故障,供電事故率由原來的36%降低至4%以下,提高了煤礦供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,全年可節(jié)約供電成本費(fèi)用以及設(shè)備維修費(fèi)用約127萬元。
3結(jié)束語
本文提出了供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng),分析了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成及工作原理。某煤礦在井下原供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化與構(gòu)建,采用了供電越級跳閘監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)主要采用IEC61877的GOOSE通信技術(shù),系統(tǒng)具有自動化水平高、實(shí)用性強(qiáng)、覆蓋區(qū)域廣等優(yōu)點(diǎn)。對供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控、故障檢索等保護(hù)動作,當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),利用系統(tǒng)中上下級閉鎖模式可及時(shí)切斷故障點(diǎn)最近開關(guān),從而避免供電系統(tǒng)越級跳閘現(xiàn)象,杜絕礦井供電系統(tǒng)越級跳閘導(dǎo)致大面積停電事故發(fā)生的現(xiàn)象,有效保證了煤礦采掘生產(chǎn)安全,取得了顯著的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。