王建盛，賀瑞峰

（山西省河曲縣晉神沙坪煤業(yè)有限公司，山西 沂州 036500）

0 引 言

隨著井下大型供電設(shè)施和用電設(shè)備的不斷技術(shù)升級(jí)，礦井各級(jí)變電站對(duì)供電質(zhì)量要求也越來(lái)越高，為了確保變電所的供電、用電安全可靠，穩(wěn)定運(yùn)行，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，在建設(shè)過程中增加了多級(jí)保護(hù)裝置，包括對(duì)供電線路、變壓器、故障錄波系統(tǒng)、母線保護(hù)等的保護(hù)，尤其是在引入智能化控制技術(shù)進(jìn)行供電管理之后，對(duì)于設(shè)備檢修維護(hù)和故障排查處理，也變得更加困難，需要進(jìn)一步考慮二次保護(hù)對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實(shí)際影響。因此，在煤礦變電站滿足生產(chǎn)用電負(fù)荷要求和供電安全的前提下，如何實(shí)現(xiàn)快捷、準(zhǔn)確、靈敏地查找故障點(diǎn)，完成自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行智能采集管理，值得深入探究和思考。

1 變電站多級(jí)架構(gòu)組織分析

煤礦變電站內(nèi)的所有二次設(shè)備均是相對(duì)于一級(jí)設(shè)備而言，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、測(cè)量、控制調(diào)節(jié)和保護(hù)接地等的輔助設(shè)備為主，即未直接參與生產(chǎn)用電的設(shè)備總稱。作為供電系統(tǒng)的安全基礎(chǔ)，是維護(hù)供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行是否正常的核心單元，但基于供電站內(nèi)二次設(shè)備的配置相對(duì)分散獨(dú)立，缺乏高程度的信息共享，且可視化程度也較低，一旦發(fā)生突發(fā)故障，不能及時(shí)解決查找故障點(diǎn)，排除隱患，嚴(yán)重影響供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性，因此，需要深入剖析變電站內(nèi)多級(jí)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)情況[1]，通信架構(gòu)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 通信架構(gòu)拓?fù)鋱DFig.1 Topology of communication architecture

圖1中反映出，在二次保護(hù)系統(tǒng)中新增加了取樣采集的環(huán)節(jié)，由于新的合并單元出現(xiàn)，加上出口端設(shè)置的智能終端，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中動(dòng)作時(shí)間相比平時(shí)延長(zhǎng)了7～10 ms，這也降低了指令傳遞過程的速動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性的有效時(shí)間，最終導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的動(dòng)作延時(shí)。

此外，供電網(wǎng)絡(luò)的信息環(huán)主要采用首尾相連、各節(jié)點(diǎn)相互對(duì)等的以千兆光纖為基礎(chǔ)的以太網(wǎng)作為信號(hào)傳輸媒介，兼具傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)及過濾等功能。由于千兆光纖的傳輸速率快，傳輸時(shí)間多為12 us，單頻傳送信息多，最大字符幀長(zhǎng)1 524字節(jié)，工作期間各條路徑相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)N-1路徑出現(xiàn)故障時(shí)，其他設(shè)備仍然能夠保持正常通信，具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

由于在縱向垂直結(jié)構(gòu)上對(duì)二次保護(hù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化，同時(shí)減少橫向網(wǎng)絡(luò)間的交叉互聯(lián)，極大地降低在工作中對(duì)于交換機(jī)的過度依賴性，與此同時(shí)，通過對(duì)保護(hù)裝置的數(shù)量?jī)?yōu)化削減，系統(tǒng)單元的合并，以及智能終端設(shè)備的技術(shù)升級(jí)，利用整體性能的提高，從而帶動(dòng)整個(gè)二次設(shè)備保護(hù)裝置的速動(dòng)性效率提升，而且，將系統(tǒng)功能進(jìn)行小型模塊化的集成化管理，也將進(jìn)一步優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[2]。二次系統(tǒng)通信圖如圖2所示。

圖2 二次系統(tǒng)通信Fig.2 Communication diagram of secondary system

2 二次系統(tǒng)故障診斷分析

2.1 故障診斷結(jié)構(gòu)類型分析

通過對(duì)二次保護(hù)系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行總結(jié)分析，歸納主要類型為對(duì)工作數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤處理，對(duì)工作指令的誤判，執(zhí)行邏輯的傳輸錯(cuò)誤，以及一系列指令導(dǎo)致的保護(hù)裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)等故障，當(dāng)合并單元采集信息出現(xiàn)誤差，或是數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)誤差時(shí)，也會(huì)造成二次保護(hù)的誤動(dòng)作等[3]。通過對(duì)全年供電網(wǎng)絡(luò)中主要二次保護(hù)裝置發(fā)生事故的故障率、誤動(dòng)率，以及拒動(dòng)率等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按照在標(biāo)準(zhǔn)條件的24 h內(nèi)各種保護(hù)元件自行修復(fù)率為藍(lán)本，以計(jì)算公式：1/（24/8 760）=365次/年，二次保護(hù)裝置自修復(fù)率統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 二次保護(hù)裝置自修復(fù)率統(tǒng)計(jì)Table 1 Self-repair rate statistics of secondary protection device

2.2 繼電保護(hù)裝備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)

一般情況下，煤礦變電站的二次保護(hù)裝置是否運(yùn)行正常，主要依靠輔助裝置兩側(cè)端口延伸出的兩個(gè)固定接電位，同一時(shí)段內(nèi)分別采集到的信號(hào)值進(jìn)行比較，若信號(hào)接收數(shù)值相等，則說(shuō)明保護(hù)運(yùn)行正常；若信號(hào)出現(xiàn)誤差，則說(shuō)明保護(hù)裝置失效，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

此外，保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中由于采集、接收、傳輸、反饋信息的過程是連續(xù)不斷的，且信息量通常較大，不可能對(duì)每一組數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助裝置的單一對(duì)比，既不科學(xué)，也不現(xiàn)實(shí)，因此，在實(shí)際操作中需要將保護(hù)裝置采集數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)終端主機(jī)相連，確保足量數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)滿足需要，再由主機(jī)進(jìn)行大數(shù)據(jù)比對(duì)分析，一旦確定數(shù)據(jù)信息的不匹配，將發(fā)出故障信號(hào)，確認(rèn)二次保護(hù)的指令動(dòng)作，從而完成數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸和連續(xù)性。

2.3 二次回路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

利用礦用電纜實(shí)現(xiàn)變電站的二次回路的閉合接線，以及利用光纖對(duì)其回路實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，可通過與交換機(jī)共享的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將二次回路接電過程中的故障率降到最低，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。

2.4 離線狀態(tài)故障診斷

由于監(jiān)測(cè)終端與外接設(shè)備和二次保護(hù)裝置之間的信息傳輸是通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)互傳分析的，當(dāng)傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常，診斷系統(tǒng)會(huì)通過監(jiān)測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的強(qiáng)弱自行判斷是否發(fā)生離線故障，從而確定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的有效性[4]。

3 故障定位排查技術(shù)

二次系統(tǒng)的故障分析主要由SCD文件完成對(duì)物理端口和虛擬回路的工作信息在線采集，將故障節(jié)點(diǎn)分為設(shè)備、光纖、板卡、端口等環(huán)節(jié)，并利用上述拓普網(wǎng)絡(luò)圖即時(shí)搜索到各回路之間節(jié)點(diǎn)上的故障異常信號(hào)，經(jīng)過分類舉證的方法及時(shí)反映各個(gè)鏈路狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物理節(jié)點(diǎn)的快速排查，通過數(shù)據(jù)算法模型可直觀分析表達(dá)。，故障點(diǎn)分類舉證表見表2。

表2 故障點(diǎn)分類舉證表Table 2 Fault point classification proof table

4 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)煤礦高壓變電站內(nèi)二次保護(hù)裝置運(yùn)行原理，系統(tǒng)架構(gòu)的詳細(xì)分析，闡述故障快速診斷技術(shù)的研究成果，通過通信架構(gòu)拓?fù)鋱D的描述，說(shuō)明了供電網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸過程存在的弊端和系統(tǒng)誤動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)概率，分析了在不同故障模式下，對(duì)變電站內(nèi)二次保護(hù)裝置起到影響作用的相關(guān)元件動(dòng)作參數(shù)，配合故障定位排查技術(shù)的應(yīng)用，快速準(zhǔn)確查找供電系統(tǒng)故障源，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。