陽城礦井上下各級變電所監(jiān)控系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

張 剛 夏亮亮 連 濤

（山東濟礦魯能煤電有限公司陽城煤礦，山東 汶上 272502 ）

1 前言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2016 版）第440 條規(guī)定：嚴(yán)禁由地面中性點直接接地的變壓器直接向井下供電。陽城煤礦井上主變壓器為中性點經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地后，需要人工靠經(jīng)驗逐條拉開變電站某條線路，哪條線路切斷后，電壓恢復(fù)正常，這條線路就是故障線路。但是，排除故障時間較長，相接地故障將引起非故障相電壓升高，有可能導(dǎo)致非故障相絕緣擊穿造成故障擴大，嚴(yán)重影響陽城煤礦供電安全。

陽城煤礦井上110kV 變電所GIS 室采用ZF10-126/T 型SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備。在電弧作用、電暈、火花放電和局部放電、高溫等因素影響下，SF6氣體會進(jìn)行分解，分解物遇到水分后變成腐蝕性電解質(zhì)，有些高毒性分解物會引起頭暈和肺水腫，甚至致人死亡，嚴(yán)重影響變電所巡檢人員的人身安全。

陽城煤礦110kV 供電電源分別來自110kV 中陽線和110kV 梁陽線，其中一路在用，一路處于熱備用狀態(tài)。如果備用線路因線路異常發(fā)生掉電，而上級電網(wǎng)調(diào)度中心不及時通知，則會造成該礦單電源運行。

2 礦井上下各級變電所監(jiān)控系統(tǒng)組成及原理

2.1 小電流接地選線檢測系統(tǒng)選線功能及原理

PCS-9657D 型接地選線裝置用于電力系統(tǒng)中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地選線，用于供電系統(tǒng)線路和母線單相接地故障報警或線路接地保護(hù)跳閘。在地面110kV 變電所、-650m井下中央變電所分別設(shè)置一套。監(jiān)控主界面能夠?qū)崟r監(jiān)視22 條線路的零序電流、4 段母線的零序電壓，如圖1 所示。

PCS-9657D 型小電流接地選線裝置，采用暫態(tài)法與穩(wěn)態(tài)法相結(jié)合的選線方法，以暫態(tài)法為主，穩(wěn)態(tài)法為輔。主要選線方法有：暫態(tài)比相法、暫態(tài)功率方向法、暫態(tài)比幅法、零序過流方向法。

（1）暫態(tài)比相法

提取暫態(tài)幅值最大頻段的暫態(tài)信號進(jìn)行相位比較，選出相位與其他線路不同的線路即為故障線路。

（2）暫態(tài)功率方向法

發(fā)生單相接地時，故障線路暫態(tài)功率方向為反向，非故障線路電流及電壓暫態(tài)功率方向為正向。利用小波法提取各線路的暫態(tài)分量進(jìn)行暫態(tài)功率計算，反向的線路即故障線路。

（3）暫態(tài)比幅法

發(fā)生單相接地故障時，故障線路暫態(tài)分量幅值遠(yuǎn)大于非故障線路分量。當(dāng)3U0 大于整定值時開始工作，等待采樣數(shù)據(jù)滿故障后一個周波，利用小波法提取各線路的暫態(tài)分量進(jìn)行幅值比較，選出幅值最大的線路即故障線路。

當(dāng)出現(xiàn)接地故障時，暫態(tài)比相法作為主選線法動作跳閘，切斷故障線路，比幅及功率方向法作為輔助選線法不出口跳閘。

（4）零序電流方向法

該套裝置具有44 條線路的零序過流保護(hù)，用于反映系統(tǒng)接地故障。當(dāng)出現(xiàn)接地故障，根據(jù)零序過流的定值經(jīng)方向閉鎖后，保護(hù)裝置出口跳閘，從而切掉故障線路。

圖1 PCS-9657D 裝置監(jiān)控主界面

2.2 COP138 SF6 泄漏報警監(jiān)測系統(tǒng)

COP138 SF6泄漏在線監(jiān)測報警系統(tǒng)是根據(jù)《電業(yè)安全工作規(guī)程》規(guī)定，為安裝有SF6設(shè)備的配電裝置室的工作人員提供人身健康安全保護(hù)而設(shè)計、開發(fā)的智能型在線SF6泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)。

2.2.1 COP138 型SF6泄漏報警監(jiān)測系統(tǒng)的組成

在110kV 變 電 所 配 置10 個ZHSC-SQ168 型SF6氣體變送器，6 個ZHSC-W.S968 型溫、濕度變送器，2 個SNS-341 型紅外探測器、3 個ZK 型人員終端控制器、1 個風(fēng)機控制器及一臺COP138 型SF6泄漏報警監(jiān)測系統(tǒng)主機。

2.2.2 SF6氣體檢測原理

采用負(fù)離子捕捉技術(shù)對SF6氣體濃度進(jìn)行檢測取樣，在傳感器周圍通過負(fù)高壓產(chǎn)生一定量的負(fù)電離子，因SF6氣體對負(fù)電離子有著吸附作用，而且SF6氣體濃度大小與負(fù)電離子的數(shù)量呈反比關(guān)系。

2.2.3 系統(tǒng)主要功能

（1）SF6氣體濃度檢測和顯示功能

各傳感器檢測并由主機讀取和顯示GIS 室內(nèi)各監(jiān)測點處SF6濃度。當(dāng)SF6濃度超過設(shè)定報警值1000ppm，報警并顯示“超標(biāo)”，否則顯示“正常”。

（2）O2濃度檢測和顯示功能

各傳感器檢測，并由主機讀取和顯示GIS 室內(nèi)各監(jiān)測點處的O2濃度。當(dāng)濃度低于設(shè)定報警值（出廠默認(rèn)值18%）實時顯示報警值，否則正常顯示實際值（如22%）。

（3）SF6和O2濃度控制功能

SF6氣體濃度超標(biāo)（≧1000ppm）或氧氣濃度低（≦19.6%）時，控制風(fēng)機啟動通風(fēng)直到SF6 和O2濃度恢復(fù)正常。

（4）強制通風(fēng)功能

風(fēng)機在停止?fàn)顟B(tài)時，按下主機通風(fēng)按鈕，風(fēng)機會啟動15min；當(dāng)風(fēng)機在通風(fēng)運行時，按下主機通風(fēng)按鍵，風(fēng)機將停止。

（5）語音提示功能

當(dāng)主機開啟語言功能時，系統(tǒng)會在滿足規(guī)定條件時語音提示告警，提示作業(yè)人員進(jìn)入GIS 室注意。

（6）聲光報警功能

當(dāng)GIS 室環(huán)境中SF6、O2氣體含量超限時，會發(fā)出高頻報警聲和紅色燈光閃耀。

2.3 PCS-9700 型變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)

PCS-9700 型變電站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化、分層分布式、開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。PCS-9799M 總控單元收集地面變電所、地面2#堆煤變、地面3#堆煤變測控單元、保護(hù)設(shè)備及直流屏、電度表、消弧裝置、無功補償裝置等智能裝置的模擬量、數(shù)據(jù)量、開關(guān)量、脈沖量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳至地面監(jiān)控主機及地面生產(chǎn)調(diào)度室。

井下-312m 變電所、-650m 變電所測控裝置的數(shù)據(jù)通過RCS-9794A 通訊裝置、RCS-9698G 遠(yuǎn)動通信裝置傳至地面監(jiān)控主機，同時配備通訊管理機，起到規(guī)約轉(zhuǎn)換作用，進(jìn)行遠(yuǎn)動通信。

2.3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容

地面110kV 變電所、井下-312m 變電所、井下-650m 變電所、地面2#堆煤變、地面3#堆煤變繼電保護(hù)設(shè)備及直流屏、電度表、無功補償、小電流接地選線、消弧線圈、SF6泄漏監(jiān)控等智能裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，實現(xiàn)“四遙”功能。如圖2 所示。

2.3.2 模擬量采集

（1）實時檢測10kV 進(jìn)線側(cè)三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)。

（2）實時檢測10kV 饋出回路的三相電流、有功功率、零序電流。

（3）實時檢測各段10kV 母線電壓（三個相電壓、三個線電壓）及零序電壓。

（4）實時檢測各控制電壓、系統(tǒng)頻率、各斷路器及隔離開關(guān)觸頭的位置。

2.3.3 數(shù)字量采集及監(jiān)視功能

（1）斷路器位置信號，過負(fù)荷保護(hù)信號，故障信號，各保護(hù)動作信號，遠(yuǎn)動通道故障信號，系統(tǒng)接地信號。

（2）配合控制中心實現(xiàn)各種斷路器的遙控、遙信功能、變壓器的遙測、遙調(diào)功能。

（3）實時監(jiān)視控制回路斷線、間隔層內(nèi)各個設(shè)備及后臺系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)、各開關(guān)狀態(tài)變位及保護(hù)出口監(jiān)視。

2.3.4 通過改造實現(xiàn)的功能

（1）對110kV 變電所GIS 室SF6開關(guān)的運行情況進(jìn)行檢測，一旦SF6氣體出現(xiàn)泄漏立即報警并強制通風(fēng)；

（2）PCS-9657D 型小電流接地選線系統(tǒng)直接并入變電所監(jiān)控系統(tǒng)，10kV 供電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，不再需要人工判斷，小電流接地選線裝置采用多種原理自動進(jìn)行選線，能夠快速地判斷出接地故障，大大減少電網(wǎng)故障運行時間；

（3）實現(xiàn)了對地面2#堆煤變、3#堆煤變、井下-312m 變電所、井下-650m 變電所的微機保護(hù)測控裝置的遠(yuǎn)程集中控制；

（4）增加了后臺報警內(nèi)容，增加了110kV 梁陽線和110kV 中陽線掉電報警、110kV 和10kV 母線失壓報警信號、110kV 進(jìn)線和主變保護(hù)動作信號等多種報警信號；

（5）斷路器位置狀態(tài)、分合閘狀態(tài)、母線電壓等信息出現(xiàn)異常時，要進(jìn)行聲光報警；

（6）設(shè)置了UPS 電源系統(tǒng)，即使全礦掉電同樣能實現(xiàn)對供電系統(tǒng)的監(jiān)控并具有故障記錄；

（7）增加了對時功能，使井上下各級變電所的繼電保護(hù)的時間自動對時，便于查找跳閘故障時間。

圖2 110kV 陽城煤礦變電所后臺監(jiān)控系統(tǒng)主界面

3 結(jié)論

PCS-9657D 型小電流接地選線檢測系統(tǒng)對單相接地故障實現(xiàn)了自動選線，COP138 SF6泄漏在線監(jiān)測報警系統(tǒng)保證了變電站巡檢人員的人身安全，PCS-9700 型變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)對各類故障都能實現(xiàn)實時報警或自動跳閘。通過升級改造，陽城煤礦井上下變電所后臺監(jiān)控系統(tǒng)更加穩(wěn)定，為陽城煤礦供電系統(tǒng)的無人值守提供了有力保障。