淺談新柏煤礦公司井下變電所防越級跳閘改造技術研究

梁步昊

摘要：煤礦井下電力的安全供應與使用是保障礦井施工安全與生產的基本條件。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計中，越級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.

關鍵詞：煤礦；井下變電所；越級跳閘；改造

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

中圖分類號：TD611 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）07-0150-02

0 引言

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

1 井下變電所設備現(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7臺，型號為BPG43-6，其綜合保護器帶有漏電、過流，短路，選擇性接地保護功能。低壓供電系統(tǒng)由2臺KBSG-500/6kV/0.69干式變壓器進行變配電，用兩臺KBZ2-630型饋電開關作為低壓總開，帶有選擇性漏電保護功能。KBZ2--400饋電開關作為支路饋電開關，3臺QBR-400礦用隔爆型軟啟動器，用于3臺主排水泵控制。

1.2 三采區(qū)1050水平變電所

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

1.3 三采區(qū)890水平變電所

變電所內安裝2臺200kVA干式變壓器，安裝2臺630kVA干式變壓器，安裝13臺BGP43-6型高壓真空配電裝置和13臺KBZ-630.400.200/1140.660Z（F）低壓智能型真空饋電開關，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、掘進和開拓工作面雙風機提供電源。高壓開關柜采用ZLZB-5A型微電腦智能高壓綜合保護裝置，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功能。低壓開關柜采用PLC微電腦處理器保護裝置，具有漏電、漏電閉鎖、短路、過流、過載、欠壓、斷相與相不平衡、故障記憶等保護功能。

2 存在問題和改造的必要性

由于井下三級變電所高壓開關保護器為2004-2006年產品，保護器精度不高，另一方面由于系統(tǒng)容量增大、供電線路不同級別的短路電流接近，造成保護的電流定值無法配合，考慮到供電保護的整體設計，不得不放棄選擇性而選擇快速性，但是這種設計會造成礦井電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)“越級跳閘”，而且由于先前放棄了選擇性保護機構，導致系統(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秩序和供電的可靠性。

3 改造實施內容

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。防越級跳閘及電力監(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變電所各安裝一臺測控電力監(jiān)控通訊分站；內置以太網(wǎng)交換機的各個電力監(jiān)控通訊分站分別與本變電所千兆以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)網(wǎng)絡連接，以便將通訊信號接入以太環(huán)網(wǎng)。

②井下變電所高爆開關智能保護器功能符合通訊要求，保護器的RS485信號直接接入本變電所測控監(jiān)控通訊分站的RS485接口。井下變電所需要進行防越級跳閘閉鎖的高壓開關因原有保護器沒有防止短路越級跳閘閉鎖功能，不能防止越級跳閘，全部更換成開封測控具有防治短路越級跳閘閉鎖功能的高壓智能保護器；更換后，保護器的RS485信號與本變電所監(jiān)控通訊分站的RS485接口連接，高壓開關運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)、信號傳輸?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)控主機進行監(jiān)控。

③在地面變電所安裝防越級跳閘閉鎖控制器1臺，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；母線上所有分開關智能保護器的短路電流閉鎖信號輸入短路閉鎖控制器，短路閉鎖控制器的輸出信號能夠對所在母線上的供電總開關智能保護器的速斷機構進行閉鎖操控，照此以此向上閉鎖，這樣可以保證在突發(fā)短路故障時電路不會越級跳閘。

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

⑤RS485總線將以太網(wǎng)、監(jiān)控主機、備用機、監(jiān)控通訊分站和智能綜合保護器互聯(lián)成一套結構嚴謹?shù)碾娏ΡO(jiān)控系統(tǒng)。其中，對監(jiān)控數(shù)據(jù)采集、處理以及對電力線路的綜合保護工作主要通過保護器實現(xiàn)；輸電線路的運行參數(shù)通過通訊分站輪詢保護器集中采集后傳輸至監(jiān)控主機；監(jiān)控主機通過網(wǎng)線采集由通訊分站實時統(tǒng)計的線路運行參數(shù)，再經(jīng)過軟件處理后遠程監(jiān)測和監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)，以此實現(xiàn)對整個電力系統(tǒng)的管理和調度。

⑥將地面6kV變電所進線Ⅰ、Ⅱ柜、井下Ⅰ、Ⅱ柜、母聯(lián)斷路器柜、井下中央變電所兩臺進線柜、兩臺供1050變電源柜、一臺聯(lián)絡柜，三采區(qū)1050變電所兩臺進線柜、兩臺供890變電所電源柜、一臺聯(lián)絡柜，三采區(qū)890變電所兩臺進線柜、兩臺供綜采面柜、一臺聯(lián)絡柜、兩臺供綜掘面柜的保護器更換成開封測控具有防越級跳閘閉鎖功能的DSB-600B型智能保護器。

4 對改造后系統(tǒng)的要求

①分層集中式控制系統(tǒng)中的各功能模塊獨立工作，間隔層之間主要借助裝配在變電所內的網(wǎng)絡通訊模塊實現(xiàn)信息交互，這些機構與變電所連接構成一套結構嚴謹?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)運行狀態(tài)異常時及時發(fā)出警報。

③后臺監(jiān)控機構應該與多站數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，以便通過各類接口和規(guī)約進行信息交互。

④為了滿足現(xiàn)場個性化的設置要求，改造后的系統(tǒng)應該具有標準化的功能模塊、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操作平臺的分時多用戶、多任務操作系統(tǒng)；2）構建多層次畫面，厘清系統(tǒng)運行管理和系統(tǒng)檢修的工作任務，進一步明確相關技術員的任務和管理權限；3）通過列表和點對點的形式實時顯示整個供電所的模擬量；4）實時、全面地掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，尤其是電器元件的運行工況；5）實時累加并且列表顯示電能表；6）當系統(tǒng)突發(fā)故障時自動彈出事故閃爍畫面；7）支持自動化自檢和異常警報功能；8）畫面漫游。

⑥變電所綜合自動化系統(tǒng)運行模式：除部分手動操控內容以外，其他檢測、監(jiān)控和警報等功能都是計算機系統(tǒng)操控。基于計算機系統(tǒng)全面遠程監(jiān)測、遠程通訊和遠程調控變電所內各機構的運行工況，減少人工操作任務，真正實現(xiàn)“無人值守”。

⑦RS485總線將監(jiān)控主機、備用機、智能綜合保護器和各個監(jiān)控通訊分站接入以太網(wǎng)構建起一套高效運行的電力監(jiān)測與控制系統(tǒng)。對各部分運行參數(shù)的采集和處理，對電力線路的綜合保護，均通過系統(tǒng)保護器實現(xiàn)；通訊分站輪詢保護器實時獲取輸電線路的運行參數(shù)，并將其傳輸至監(jiān)控主機進行集中處理。同時，監(jiān)控主機也能通過與各通訊分站的網(wǎng)絡連接實時獲取線路運行參數(shù)，然后經(jīng)過軟件進行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)處理結果通過遙信、遙測、遙控等功能實時調整運行參數(shù)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的管理和控制。

⑧在地面6kV變電站安裝一臺防越級跳閘閉鎖控制器，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KXJ127Z隔爆兼本安型防越級跳閘閉鎖控制器，共安裝7臺；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型智能保護器的短路電流閉鎖信號輸入短路閉鎖控制器，短路閉鎖控制器的輸出信號閉鎖該母線供電總開關智能保護器的電流速斷保護功能，使之不速斷跳閘，依次向上閉鎖，以確保在電路某處發(fā)生短路時不產生越級跳閘。

⑨系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機和通訊分站的內置交換機預留多個百兆以太網(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)絡進行連接，方便系統(tǒng)的擴展和與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。

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

5 項目直接技術經(jīng)濟及社會效益分析

使用煤礦井下供電數(shù)字化防越級跳閘保護系統(tǒng)可使礦井供電更加安全可靠，降低事故率，減少故障處理時間，提高礦井效益。變電所供電質量及其電氣設備的各種保護及監(jiān)測裝置進一步改善，運行更加安全可靠，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)約設備維修費用，減少設備運行中常見的故障，延長設備使用壽命，減少生產影響，每年可將維護配件費用每年可降低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化控制與保護的現(xiàn)狀，其經(jīng)濟效益和社會效益十分明顯。

6 結論

煤礦井下供電數(shù)字化防越級跳閘保護系統(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)約設備維修費用，完成煤礦井下供電數(shù)字化防越級跳閘保護系統(tǒng)后提高了礦井供用電和自動化水平，可以為兄弟礦井提供借鑒經(jīng)驗和參考依據(jù)。

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