司馬煤業(yè)井下防越級跳閘防護系統(tǒng)的應用研究

古 偉

（司馬煤業(yè)公司，山西 長治 047100）

司馬煤業(yè)井下供電網絡布置分散度高，隨著各種類型的大型用電設備的不斷投入應用，供電網絡的負載大，逐漸暴露出無法進行高壓開關絕緣監(jiān)測、無法實現防越級跳閘、無法實現故障監(jiān)測及定位等功能，井下變電所需要安排專門的人員進行電網工作狀態(tài)巡查，不僅效率低而且可靠性差，無法滿足井下信息化、無人化的供電需求。

結合司馬煤業(yè)的實際情況，開發(fā)了一種防越級跳閘智能防護及監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有信息化和智能化管控能力，能夠自動對供電網絡的運行情況進行不間斷監(jiān)測，當發(fā)生故障后能夠自動對故障進行定位、故障隔離，還能夠根據數據庫自動給出故障處理方案，實現故障的自動恢復。根據實際應用，新的系統(tǒng)能夠實現將井下故障率降低3.7%，將故障定位和排除時間降低93.2%，對提高司馬煤業(yè)的供電可靠性具有十分重大的價值。目前該系統(tǒng)已經在司馬煤業(yè)投入了使用。

1 防越級跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)建設方案

根據司馬煤業(yè)井下的時間情況及供電需求，該防越級跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)采用了全智能控制模式，需要滿足對井下二采區(qū)兩個變電所供電系統(tǒng)的自動監(jiān)控和調整。該防越級跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案如圖1[1]。

圖1 司馬煤業(yè)智能監(jiān)控體系

由圖1 可知，該系統(tǒng)主要包括地面監(jiān)控中心、工業(yè)數據通信系統(tǒng)及變電所防越級跳閘系統(tǒng)三個部分[2]。地面監(jiān)控中心主要由主機和系統(tǒng)部分組成，主要用來匯集地面及各監(jiān)控分站上傳的信號，對其進行匯總分析。系統(tǒng)的監(jiān)控主機利用工業(yè)數據傳輸網絡完成和各監(jiān)測分站的數據交換和通信，滿足對整個供電系統(tǒng)運行狀態(tài)的智能化管控。

工業(yè)數據通信系統(tǒng)，主要是為了保證監(jiān)控數據信息傳遞的靈敏性和抗干擾性，自主組成光纖環(huán)網，把各變電所安裝的KJ360-F 型監(jiān)測分站接入通信網絡，實現井上監(jiān)測中心對煤礦井下所有供電設備運行狀態(tài)的遠程監(jiān)測。

變電所防越級跳閘系統(tǒng)，主要由2 臺入井電纜的開關柜各并接一臺ZBT-11C 型保護器、一臺KJF81-F 礦用電力監(jiān)控單元構成，通過搭建光纖防越級跳閘通道，將ZBT-11C 型保護器的信息轉換為數字量控制信號進行傳送，實現對司馬煤業(yè)供電系統(tǒng)的防越級跳閘保護。

2 采區(qū)內變電所智能控制方案

采區(qū)內的變電所智能控制系統(tǒng)主要包括防越級跳閘控制系統(tǒng)、低壓供電電網系統(tǒng)及工業(yè)視頻系統(tǒng)[3]，用于滿足二采區(qū)內供電網絡狀態(tài)的智能監(jiān)測。

采區(qū)內防越級跳閘控制系統(tǒng)建設。在變電所設置1 臺KJ360-F 型電力監(jiān)控單元，變電所的20 臺防爆開關各安裝1 臺具備防越級跳閘及漏電保護能力的ZBT-11C 型保護器。ZBT-11C 型保護裝置以RS485/CAN 方式接入KJ360-F 電力監(jiān)控單元內，通過搭建光纖防越級跳閘通道，將ZBT-11C 型保護器的信息轉換為數字量控制信號進行傳送。KJ360-F型電力監(jiān)控分站主要是利用鋪設的光纖數據通信系統(tǒng)來對各個監(jiān)測點進行全面的監(jiān)測和遠程控制。

采區(qū)內低壓供電電網建設主要用于實現數據的遠程傳輸控制[4]。將變電所10 臺低壓饋電開關更換為DYZB-01 型保護裝置、照明綜保綜合保護器在有通訊接口并且能夠提供通訊規(guī)約的情況下，通過RS485 通訊接口接入KJ360-F 型監(jiān)控單元，實現地面監(jiān)控中心對變電所用電設備的遠程調控。

采區(qū)內的工業(yè)視頻用于對變電所進行監(jiān)測。在變電所內安裝2 臺KBA12Q 礦用本安型視頻監(jiān)控設備，接入本室KJ360-F 型監(jiān)控單元內置的數據交換機，滿足井下遠程視頻監(jiān)測需求。

3 防越級跳閘機理

由于井下供電線路復雜、各支線線路短，防越級跳閘保護系統(tǒng)的核心在于能夠快速、準確地對故障進行識別和防越級跳閘保護。該系統(tǒng)采用了GOOSE 通訊判別邏輯，具有識別率高、可靠性好的優(yōu)點，其整體結構如圖2 所示。

圖2 防越級跳閘控制原理

由圖2 可知，當井下供電系統(tǒng)發(fā)生短路事故時，保護裝置首先對故障位置進行監(jiān)測，然后啟動閉鎖元件，同時將閉鎖信號發(fā)送到上級保護系統(tǒng)。系統(tǒng)接收到信號后則啟動閉鎖保護裝置，并等待下側保護裝置的解鎖信號，若系統(tǒng)在設定的時間內沒有接收到故障的閉鎖信息，則保護裝置瞬時跳閘并解除故障。

系統(tǒng)短路保護動作后，保護系統(tǒng)將啟動斷路器拒動判斷，若系統(tǒng)故障被及時修復則系統(tǒng)發(fā)出故障解除信號并傳達到正向結點，如果系統(tǒng)的故障一直存在則會發(fā)送斷路器失效信息給上游的保護系統(tǒng)，啟動更進一級的保護，確保電路安全性。

4 防越級跳閘監(jiān)測系統(tǒng)應用

自該防越級跳閘監(jiān)測系統(tǒng)建立以來，對司馬煤業(yè)井下的供電狀態(tài)進行實時監(jiān)測，根據對去年同期數據的對比分析發(fā)現，優(yōu)化后煤礦井下故障率降低了93.7%，同時能夠將故障定位和排除時間降低93.2%，顯著地提升了司馬煤業(yè)井下的供電安全性。優(yōu)化前后的供電故障數據對比見表1。

表1 司馬煤業(yè)優(yōu)化前后供電數據對比

5 結論

針對司馬煤業(yè)井下供電網絡監(jiān)測，提出了一種新的防越級跳閘智能防護及監(jiān)測系統(tǒng)，能夠自動對井下電網的運行情況進行不間斷監(jiān)測，當發(fā)生故障后能夠自動進行定位、隔離，根據實際應用表明：

（1）防越級跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)采用了全智能控制模式，包括地面監(jiān)控中心、工業(yè)數據通信系統(tǒng)及變電所防越級跳閘系統(tǒng)三個部分，能夠滿足對井下二采區(qū)兩個變電所供電系統(tǒng)的自動監(jiān)控和調整需求；

（2）采區(qū)內的變電所智能控制系統(tǒng)包括防越級跳閘控制系統(tǒng)、低壓供電電網系統(tǒng)及工業(yè)視頻系統(tǒng)，主要滿足采區(qū)小范圍內供電網絡運行情況的智能監(jiān)測；

（3）優(yōu)化后煤礦井下故障率降低了93.7%，故障定位和排除時間降低93.2%，顯著地提升了司馬煤業(yè)井下的供電安全性。