煤礦高壓供電系統電力監控技術

馮建平

（山西陽煤寺家莊煤業有限責任公司，山西 晉中 045300）

1 煤礦綜合自動化意義

煤炭在我國市場經濟發展、社會主義現代化建設中起著至關重要的作用。煤炭工業早已成為我國國民經濟基礎。據相關數據顯示，當前我國能源消耗中，煤炭消耗量占全國能源消耗總量的一半以上。我國大部分煤礦的生產方式為井工開采，生產環境非常惡劣，存在諸多不安全因素。因此，確保煤礦生產安全成為了重點。與此同時，計算機信息技術高速發展給煤礦安全生產帶來了新的希望。借助計算機信息技術，實現煤礦綜合自動化，從根本上對傳統的煤礦監控、管理、信息共享、全局調控等方面加以改變，將自動化信息技術運用其中。如此一來，不僅提升了煤礦生產安全系數，而且在很大程度上能夠降低工人的勞動強度，實現事半功倍的效果［1］。

就煤礦高壓供電系統而言，隨著對煤礦安全生產的重視，煤礦井上、井下的高壓系統供電可靠性越來越重要。將成熟的電力監控系統的技術結合煤礦的特殊需求推出煤礦電力監控系統，完成煤礦防越級跳閘、配網系統自動故障隔離、單相接地故障定位和跳閘、一次在線狀態檢測、能效管理等是保證煤礦安全生產的重要環節。

2 山西普通型煤礦基本情況概述

普通型煤礦一般由井上35kV（或10kV）變電站和井下10kV（或6kV）供電系統組成，井下供用電系統從35kV（或10kV）變電站兩段母線引出兩回10kV（或6kV）饋電電路接入中央配電室，井下中央配電室分別在兩段母線饋出兩回出線路給采區變電所。整個供電網絡分三級，即：地面35kV變電站、井下中央配電室和井下采區配電室，其中井下中央配電室和井下采區配電室多采用10kV（或6kV）防爆開關（見圖1）［2］。

圖1 一次系統圖

3 普通型煤礦高壓供電系統監控中存在的問題

雖然目前普通型煤礦高壓供電系統按照質量標準化要求已經布置了監控系統，但是仍然存在著一些共性問題。通過實際走訪、調查，對其中存在的問題進行如下歸納［3］：

1）缺乏自動化、一體化管理。井上開閉所和井下中央變電站、采區變電站不能實現遠程的監視和控制，無法實現自動化、一體化管理。

2）線路越級跳閘情況時有發生。井下變電所共分為兩級，電源由35kV變電所引入兩回出線，第一級為井下中央變電所，第二級為采區變電所，目前存在線路越級跳閘的情況，偶爾發生35kV變電所10kV電源側跳閘，甚至跳閘到上一級35kV變電站。

3）相關裝置配備不齊全，配置落后。第一，現有礦山井下的保護裝置沒有電度計量、無法實現能效管理。第二，生產使用的高壓綜合保護器的功能比較簡單，不能完全滿足現場運行的要求。比如很多保護器不具備故障錄波功能，即便有也是本線路的簡單錄波，沒有提供專業的故障錄波分析軟件，難以實現有效的故障錄波分析。定值修改要在現場通過有限的幾個按鈕實現，整定麻煩又費時，增加了保護人員的工作強度。第三，高壓綜合保護器通訊能力差，無法實現真正意義上的礦井供電系統的智能化。目前很多保護器不具備通訊接口，無通訊能力，無法實現“四遙”功能，必須有人值守。即便具備通訊接口的保護器也只能通過485口進行低速的通訊，通訊速度慢，上送遙測量要幾十秒才能刷新一次。而且485通訊電纜容易耦合電磁干擾，導致通訊誤碼率高，通訊不可靠，導致“誤發遙信”，“遙控失敗”等問題，無法實現采區變電所無人值守。第四，井下隔爆斷路器由幾個廠家供貨，保護裝置可靠性、穩定性很差，電磁兼容標準很低，型號、接口和規格不統一，無法實現信息的上傳功能。

4）失壓保護延時難以整定。這容易導致“越級跳閘”。目前很多保護器的失壓保護動作時延為0s，不能整定，饋線距離母線很近的地方發生短路故障時，母線電壓短時失壓或者由于地面變電站雨季瞬時雷擊造成系統短時失電時，該段母線上其他開關的失壓保護失誤動作導致“越級跳閘。

4 普通型煤礦高壓供電系統監控解決策略

針對上述存在的問題，通過多方考察、求教，在智能電網技術基礎上開發了礦山供用電智能一體化解決方案。該方案能夠較好地解決普通型煤礦高壓供電系統監控中存在的問題，實現以下功能。

4.1 井上井下變電站一體化管理

該方案采用國際先進的IEC61850為核心通訊架構，實現井上井下變電站一體化管理，同時就地分散分布式保護控制裝置，在實現保護、測控功能的同時完成積分電度計量的功能，節約了獨立電度表的設置，再通過通信回路實現遠程抄表管理。在完成系統改裝之后，能夠實現以下具體功能：第一，完成井上井下供電全系統的一體化管理，能夠實現所有線路的實時測量和信號監視，通過監控完成所有開關的遠程控制，實現所有變電所無人值班。第二，完成井上井下供電全系統的電能計量及遠程統計管理，自動形成電量報表。第三，完成全系統的單相接地選線功能，適用于中性點不接地、經消弧線圈接地等各種系統網絡，能準確選擇故障線路并確定接地區段，同時完成漏電保護功能。

4.2 越級跳閘情況的避免

該方案采用IEC61850特有的GOOSE通信技術，能實現各分散式保護之間的快速數據交換，進而實現故障的快速定位，實現全線路準確快速動作，避免越級跳閘情況的發生，直接提高了供電可靠性。

首先，完成全系統的防越級跳閘功能，通過保護控制器和通訊網絡實現全系統故障綜合分析，準確的故障隔離技術，避免了現有系統的越級跳閘問題。

其次，系統故障錄波功能，能記錄故障瞬間、跳閘瞬間的電流電壓波形，便于分析故障類型和故障性質。

再次，電能質量分析功能即對電壓偏差與電壓合格率、頻率偏差與頻率合格率、電壓不平衡、各條線路的諧波電壓、諧波電流、諧波功率等進行綜合分析。

4.3 成本節約最大化

礦山供用電智能一體化在優化實現這些功能的同時，沒有改變原有系統的分散分布式結構，確保了保護功能的獨立性，同時節省了電度表的配置，并利用目前寺家莊礦已具有的光纖環網的設施，降低了實現自動化系統的成本。

5 結語

對煤礦高壓供電系統實施監控是十分復雜的一個過程，需要計算機、信息技術等多方面一同配合，才能實現智能化監控。煤礦企業應當以此為契機，對煤礦生產系統進行自檢，全面實現自動化、綜合化生產，達到安全、高效、節能的目標。

［1］ 宋曉燕.我國煤礦安全狀況及分析［J］.能源技術與管理，2004（2）：12.

［2］ 黃德有，李永實.井下采區變電所的合理供電方式［J］.煤炭技術，2000（5）：16－17.

［3］ 王紅堯，華鋼，張瀚超，等.煤礦安全監控分站的研究［J］.電子設計應用，2005（12）：102.