牛 偉

（山西省高平市科興米山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

引言

煤礦開采中需要用到大量電力設(shè)備，其穩(wěn)定運行需要依靠煤礦供電系統(tǒng)[1]。因此，煤礦變電所高壓配電性能的好壞對煤礦開采過程有決定性的影響，輕則影響設(shè)備的穩(wěn)定運行，進(jìn)而影響采煤效率，重則會威脅人員和設(shè)備的安全[2]。然而在工程實踐中，由于多方面的原因?qū)е伦冸娝邏号潆姺矫娲嬖谝恍﹩栴}，如不同裝置由于采購廠商和時間不同，型號之間存在不匹配的問題等，這些問題的存在嚴(yán)重影響高壓配電裝置的安全與穩(wěn)定運行[3-4]。基于此，煤礦企業(yè)有必要對其變電所高壓配電裝置進(jìn)行深入分析，總結(jié)運行時存在的各類問題，在此基礎(chǔ)上對高壓配電裝置進(jìn)行深入改造，以提升其運行穩(wěn)定性，為煤礦安全和采煤效率提升奠定堅實的基礎(chǔ)[5-6]。

1 礦井高壓供電系統(tǒng)及其存在的問題

某煤礦每年的開采量在420 萬t 左右。為了滿足煤礦井下實際生產(chǎn)的需要，截至目前礦井下配備了13 個變電所，圖1 所示為部分礦井變電所的供電網(wǎng)絡(luò)示意圖。變電所中各類高壓配電裝置的數(shù)量超過了200 臺，為了對井下高壓配電裝置進(jìn)行保護(hù)，還設(shè)置了高壓綜合保護(hù)器。

圖1 部分礦井變電所的供電網(wǎng)絡(luò)示意圖

但由于煤礦井下配電網(wǎng)絡(luò)是隨著煤礦的發(fā)展而逐漸發(fā)展的，這意味著煤礦井下使用的各類電器設(shè)備和裝置不是在同一時期采購的，而是在煤礦發(fā)展不同階段按照配電網(wǎng)絡(luò)的實際需要購買的。以高壓綜合保護(hù)器為例，目前使用的有多種類型，如DCZB-X、SDZB-L6.0、MCC-I/6 kV、BZGK-L/6.0型等。由于不同高壓綜合保護(hù)器的生產(chǎn)廠家不同、生產(chǎn)時期也不一樣，導(dǎo)致其運行性能和穩(wěn)定性也存在一定的差異。由于存在以上實際問題，導(dǎo)致礦井高壓供電系統(tǒng)在實踐過程中經(jīng)常出現(xiàn)各類故障問題，如高壓綜合保護(hù)器時常出現(xiàn)越級跳閘、拒動或誤動等現(xiàn)象，不僅對煤礦的正常連續(xù)性生產(chǎn)造成影響，還對礦井安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅?；诖?，煤礦企業(yè)決定對變電所高壓配電裝置進(jìn)行技術(shù)改造。

2 高壓配電裝置改造方案

為有效解決高壓綜合保護(hù)器出現(xiàn)的拒動、誤動、越級跳閘等問題，對煤礦現(xiàn)有的高壓配電裝置進(jìn)行了技術(shù)改造。在充分結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上，主要從以下兩個方面進(jìn)行了改造。

2.1 高壓配電速斷保護(hù)改造

首先，對煤礦變電所使用的高壓配電裝置進(jìn)行升級換代，全部使用最新的高性能設(shè)施，淘汰舊設(shè)施，通過此舉可以確保所有的高壓配電裝置性能之間匹配，最大限度地發(fā)揮裝置的性能。其次，充分結(jié)合煤礦實際情況，在高壓配電系統(tǒng)中增加電抗器裝置，通過該裝置能夠合理控制短路電流。只有當(dāng)電流超過裝置設(shè)定的數(shù)值以后，才可以執(zhí)行速斷保護(hù)，以防止出現(xiàn)越級跳閘導(dǎo)致的大面積停電問題，有效控制停電范圍，降低越級跳閘造成的不良影響。再次，為了營造良好的運行環(huán)境，可以在變電所附近使用干燥劑，以防止空氣相對濕度過高導(dǎo)致電路發(fā)生短路問題。最后，需要做好高壓配電裝置的漏電保護(hù)工作，具體措施主要是結(jié)合變電所實際情況對各個裝置的參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，同時對相關(guān)開關(guān)電流大小進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)電流超標(biāo)，則會立即啟動漏電保護(hù)。

2.2 建設(shè)在線監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.1 在線監(jiān)控系統(tǒng)整體方案

建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)可以分為井下檢測部分和井上監(jiān)控部分。井上和井下通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換。在變電所檢測得到的數(shù)據(jù)信息通過以太網(wǎng)傳輸至地面監(jiān)控中心服務(wù)器中保存，利用控制系統(tǒng)對其進(jìn)行分析處理并實時顯示。如圖2 所示為在線監(jiān)控系統(tǒng)整體方案示意圖。

圖2 在線監(jiān)控系統(tǒng)整體方案示意圖

利用設(shè)計的在線監(jiān)控系統(tǒng)可以對井下13 個變電所內(nèi)的高壓配電裝置進(jìn)行實時監(jiān)測與控制。通過對監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深度挖掘與分析，可以提前預(yù)報高壓配電網(wǎng)絡(luò)可能存在的故障問題，進(jìn)而及時采取措施進(jìn)行預(yù)防處理，將隱患扼殺在萌芽階段。如果變電所高壓配電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障問題，利用該監(jiān)控系統(tǒng)可以第一時間定位故障位置，并提供對應(yīng)的解決方案，協(xié)助排除故障問題，及時恢復(fù)供電。通過以上功能，在線監(jiān)控系統(tǒng)可以有效防止礦井供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生越級跳閘、大面積停電和長時間停電等問題。另外，如果礦井內(nèi)部出現(xiàn)了瓦斯超限等緊急情況，在工作人員不方便進(jìn)入礦井內(nèi)進(jìn)行操作時，也可以利用該系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或者操作，從而有效保障工作人員的安全。

2.2.2 保護(hù)器的基本工作原理

保護(hù)器是在線監(jiān)控系統(tǒng)中最為關(guān)鍵和核心的裝置，結(jié)合實際情況選用的保護(hù)器型號為SGZB-07A，圖3 所示為SGZB-07A型保護(hù)器基本工作原理示意圖。利用該保護(hù)器可以實現(xiàn)過流Ⅰ段、過流Ⅱ段和過流Ⅲ段的保護(hù)。其中前者稱為電流速斷保護(hù)，是主要的保護(hù)形式，發(fā)揮著主要作用；后兩者稱為兩段定時限過流保護(hù)，是備用的保護(hù)形式，發(fā)揮著次要的作用。具體介紹如下：

圖3 保護(hù)器基本工作原理示意圖

1）電流速斷保護(hù)?？蛰d情況下，如果突然向變電所投入使用大型變壓器，則會使整個電路中生成較大的勵磁涌流，從而對電網(wǎng)造成沖擊，導(dǎo)致速斷保護(hù)出現(xiàn)誤動問題。此時大型變壓器將無法真正投入使用。為避免上述問題，對于容量超過600 kVA的大型變壓器，需要對電流速斷保護(hù)設(shè)置50 ms的延遲，防止出現(xiàn)誤動現(xiàn)象。

2）定時限過電流保護(hù)。同樣采用設(shè)置延時的方式達(dá)到保護(hù)的目的。不同的保護(hù)對象需要設(shè)置的延時時間存在差異，需要根據(jù)電網(wǎng)具體情況確定。從電荷方向出發(fā)，沿著電源方向，設(shè)置的延時時間應(yīng)該逐漸增大。

3）反時限過電流保護(hù)。在這種保護(hù)模式下，各種保護(hù)動作響應(yīng)的時間隨著電路中電流值的增大而逐漸縮短。利用這種保護(hù)模式可以對與被保護(hù)對象距離較近的故障進(jìn)行快速切斷。

3 高壓配電裝置改造效果評價

將上述變電所高壓配電裝置技術(shù)改造方案應(yīng)用到煤礦工程實踐中，有效解決了煤礦變電所時常出現(xiàn)的拒動、誤動、越級跳閘等故障問題，顯著提升了供電網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性，為煤礦開采工作的正常穩(wěn)定開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。產(chǎn)生的效果主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）通過建立電力監(jiān)控系統(tǒng)，可以對變電所的運行情況進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)了反時限過電流保護(hù)、定時限過電流保護(hù)、速斷保護(hù)等保護(hù)方式的有效融合，保障了系統(tǒng)設(shè)置的各級保護(hù)措施，能夠按照設(shè)定的順序依次運行，有效解決了拒動、誤動、越級跳閘等問題。

2）通過運用電力監(jiān)控系統(tǒng)，在提升了監(jiān)控質(zhì)量和效率的同時，還為煤礦企業(yè)節(jié)省了人力資源，規(guī)避了人為操作時可能帶來的誤差，為企業(yè)節(jié)省了人力成本。

3）對高壓配電速斷保護(hù)進(jìn)行技術(shù)改造后，對保護(hù)動作時間進(jìn)行了優(yōu)化，可以有效避免由于供電網(wǎng)絡(luò)電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致的大面積跳閘停電問題。再加上監(jiān)控系統(tǒng)的配合，能對各類故障記錄進(jìn)行自動保存，方便工作人員對故障進(jìn)行排查并解決。

4）在線監(jiān)控系統(tǒng)可以對礦井各個設(shè)備的能源消耗情況進(jìn)行記錄，并保存到數(shù)據(jù)庫中建立管理系統(tǒng)。在線監(jiān)控系統(tǒng)可以對電能消耗情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，找到能耗較大的方向并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，可為煤礦企業(yè)節(jié)省電能消耗。

4 結(jié)論

1）原變電所高壓配電裝置由于較老舊且裝置之間的性能不匹配，經(jīng)常出現(xiàn)越級跳閘、拒動或者誤動等現(xiàn)象。

2）對變電所中的老舊裝置全部進(jìn)行更換，增加電抗器裝置，使得各裝置之間的性能相互匹配，能最大限度地發(fā)揮裝置的性能。

3）建設(shè)了在線監(jiān)控系統(tǒng)，可以對變電所高壓配電裝置的運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測與分析，且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

4）將高壓配電裝置技術(shù)改造方案應(yīng)用到工程實踐中，有效解決了以往出現(xiàn)的各類問題，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。