煤礦井下供電系統(tǒng)故障點(diǎn)在線監(jiān)測技術(shù)

母殿三

（肥城曹莊煤礦有限公司，山東 肥城271601）

1 設(shè)計(jì)原則

1）繼承與發(fā)展相結(jié)合原則

將傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)以合適方式平移到智能變電站中，結(jié)合智能變電站特點(diǎn)，在確保可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性等前提下優(yōu)化和集成等新技術(shù)。

2）滿足保護(hù)“四性”要求原則

各保護(hù)系統(tǒng)的性能應(yīng)滿足繼電保護(hù)的基本原則要求，即可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性。

3）逐步推進(jìn)原則

對于保護(hù)系統(tǒng)的管理應(yīng)適應(yīng)經(jīng)過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合智能變電站保護(hù)的特點(diǎn)和發(fā)展方向，逐步推進(jìn)分布式保護(hù)系統(tǒng)新的模型系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)方式。

4）一致性和互操作原則

站控層接入采用DL860（IEC61850）標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)站控層互聯(lián)互操作。

5）保持合理冗余原則

關(guān)于過程層采集、傳輸、執(zhí)行單元和數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，基于保護(hù)的配置和通道實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)階段保證一定冗余配置。采用傳統(tǒng)一次設(shè)備和互感器的變電站，通過按間隔配置分布式保護(hù)子機(jī)實(shí)現(xiàn)過程層功能，以此為基礎(chǔ)按功能分別配置母線、變壓器及線路等設(shè)備的保護(hù)主機(jī)，構(gòu)建分布式保護(hù)系統(tǒng)。

6）實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性并重原則

加強(qiáng)對實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的應(yīng)用研究和GOOSE 和同步網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的交換機(jī)及交換系統(tǒng)的定時(shí)實(shí)時(shí)性、安全可靠性研究，保證系統(tǒng)故障時(shí)能及時(shí)的切開故障和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2 設(shè)計(jì)思想

1）可靠性：具有自診斷和自治功能，做到設(shè)備故障早預(yù)防和預(yù)警，自動(dòng)將供電損失降低到最小程度。

2）信息化：提高可靠、準(zhǔn)確、充分、實(shí)時(shí)、安全的信息。除傳統(tǒng)“四遙”的電氣量信息外還應(yīng)包括設(shè)備信息、環(huán)境信息、圖像信息等，具有保證站內(nèi)與站外信息訪問安全的功能。

3）數(shù)字化：具備電氣量、非電氣量、安全防護(hù)系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警等系統(tǒng)的數(shù)字化采集功能。

4）自動(dòng)化：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)自動(dòng)生成、二次設(shè)備在線/自動(dòng)校驗(yàn)、變電站狀態(tài)檢修等功能。

5）互動(dòng)化：實(shí)現(xiàn)變電站與控制中心之間、變電站與變電站之間、變電站與用戶之間和變電站與其它應(yīng)用需求之間的互聯(lián)、互通和互動(dòng)。

6）資源整合：通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和建模實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外信息交互和信息共享。

3 系統(tǒng)簡介

礦山智能供電系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的信息可充分共享，并通過遠(yuǎn)動(dòng)通信接口實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的信息共享。構(gòu)建一個(gè)快速、穩(wěn)定、可靠和富有彈性的通信網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的基本要求。

智能供電系統(tǒng)選用光纖為基礎(chǔ)構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，采用現(xiàn)場總線和光纖混合的方案。監(jiān)控分站與環(huán)網(wǎng)通訊平臺(tái)間傳輸介質(zhì)采用光纜進(jìn)行傳輸，監(jiān)控分站井下高壓防爆開關(guān)柜采用礦用阻燃信號電纜進(jìn)行傳輸，可支持RS485/CAN 等總線。變電所通訊采用IEC60870-5-103 規(guī)約和IEC60870-5-104 規(guī)約，IEC60870-5-103 規(guī)約僅用于傳送變電站繼電保護(hù)信息，監(jiān)控信息由IEC60870-5-104 規(guī)約傳送。網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為10M/100M/1000M 自適應(yīng)。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

4 系統(tǒng)建設(shè)方案

4.1 千兆環(huán)網(wǎng)升級建設(shè)

主干網(wǎng)絡(luò)采用單模光纖傳輸（傳輸速率1000Mbps），把礦井的設(shè)備控制層各子系統(tǒng)連接到此系統(tǒng)平臺(tái)上。此系統(tǒng)往下能對礦井內(nèi)各控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令，監(jiān)視各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，收集所需的生產(chǎn)安全參數(shù)，往上能夠通過Web 服務(wù)器聯(lián)接信息管理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與管理信息交換。

4.2 系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)

（1）數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)計(jì)算：通過現(xiàn)場（I/O）測控單元采集有關(guān)信息，檢測出事件，故障，狀態(tài)，變位信號及模擬量正常，越限信息等，進(jìn)行包括對數(shù)據(jù)合理性校驗(yàn)在內(nèi)的各種預(yù)處理，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，其范圍包括模擬量，數(shù)字量和脈沖量等。

（2）報(bào)警處理：分事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號。后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。

（3）控制操作：具備就地/間隔層/站控層/遠(yuǎn)方，多級控制，帶必要的安全檢查和防誤閉鎖。完成對開關(guān)、刀閘的控制；對主變分接頭的調(diào)節(jié)；保護(hù)功能壓板的投退；信號復(fù)歸以及設(shè)備的啟停等控制功能。

（4）時(shí)鐘同步：電站自動(dòng)化系統(tǒng)通過配置衛(wèi)星時(shí)鐘接收設(shè)備接收GPS 標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號，以對站控層各個(gè)工作站及間隔層各智能設(shè)備進(jìn)行時(shí)鐘同步。對間隔層設(shè)備的對時(shí)方式采用硬對時(shí)和軟對時(shí)相結(jié)合的方式，整個(gè)系統(tǒng)各裝置時(shí)差≯0.5ms，事件順序分辨率在1ms 之內(nèi)。

（5）人機(jī)界面：通過顯示器對主要電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ埽軐υO(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)著色，確定帶電設(shè)備的顏色。支持動(dòng)態(tài)潮流和模擬儀表顯示，可通過客戶端腳本制作動(dòng)畫表示。

（6）遠(yuǎn)動(dòng)功能：具有RTU 的全部功能，遠(yuǎn)動(dòng)信息、主要技術(shù)參數(shù)、信息傳輸方式和通道，符合調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL5003-91、DL5002-91）。

（7）繼電保護(hù)和故障信息管理功能：可對各保護(hù)裝置進(jìn)行操作和管理，包括保護(hù)定值的召喚和整定；保護(hù)運(yùn)行定值區(qū)的召喚和切換；保護(hù)軟壓板和控制字的投退；保護(hù)軟件版本號的召喚和查看。在接收到保護(hù)裝置的保護(hù)告警和保護(hù)事故信息后，可按照預(yù)先指定的優(yōu)先級進(jìn)行信息顯示和向遠(yuǎn)方主站轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)存儲(chǔ)在當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)庫中。具備對保護(hù)動(dòng)作信息進(jìn)行分類查詢、檢索等管理功能。在本地子站提供對故障錄波數(shù)據(jù)的錄波分析功能。根據(jù)電網(wǎng)故障信息進(jìn)行故障選線、故障選相、故障測距，以及諧波分析、序分量分析、裝置動(dòng)作評判（繼電器動(dòng)作軌跡分析）和電網(wǎng)故障診斷等。

（8）防越級跳閘系統(tǒng)管理功能：采用專用千兆以太網(wǎng)，與千兆主網(wǎng)互為冗余配置，增加保護(hù)安全可靠性。靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不受運(yùn)行方式影響。保護(hù)定值自診斷、比對功能。故障點(diǎn)實(shí)時(shí)推送畫面。網(wǎng)絡(luò)故障自診斷。

（9）電壓無功自動(dòng)控制調(diào)節(jié)功能（AVQC）：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)的測量值和設(shè)備運(yùn)行情況，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的控制方案和各種參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷計(jì)算后，實(shí)現(xiàn)對電抗器或電容器斷路器發(fā)出投入或切除指令。實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓和功率因數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其在允許的范圍內(nèi)變化。

4.3 故障定位系統(tǒng)

通過數(shù)字化的采集系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化的傳輸設(shè)備將各個(gè)通訊分站的故障信息傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的分析軟件根據(jù)饋線保護(hù)裝置上送的各條線路的零序基波分量的幅值和方向進(jìn)行綜合分析，確定單相接地線路，并可根據(jù)用戶需要對接地線路進(jìn)行試跳選線以消除單相接地故障。同時(shí)結(jié)合電纜故障測試儀向用戶提供常用的“低壓脈沖法”和“高壓閃絡(luò)法”來測量電纜故障，準(zhǔn)確的定位故障點(diǎn)。

5 效果分析

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測井下供電系統(tǒng)各級電壓值，負(fù)載電流值，功率值及開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，并能查看數(shù)值歷史曲線；能對各高低壓開關(guān)的保護(hù)值進(jìn)行整定和在線修改，通過在客戶機(jī)端的操作實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分合閘；能夠?qū)码娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集處理，對其出現(xiàn)的短路、過載、過壓、漏電等各種系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)告警和定位。

［1］雷煌.煤礦井下電網(wǎng)漏電電流的確定及保護(hù)技術(shù)分析[J].煤礦機(jī)械,2004(08).

［2］崔寧.電力系統(tǒng)微機(jī)測控技術(shù)研究[D].中國石油大學(xué),2007.