礦井電力監(jiān)控及防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的升級(jí)探討

國(guó)能寧煤集團(tuán)梅花井煤礦生產(chǎn)服務(wù)中心 寧夏 銀川 751400

正文：

引言

隨著現(xiàn)代化礦井自動(dòng)化、信息化程度的不斷提升，穩(wěn)定可靠的供電對(duì)煤礦的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，對(duì)煤礦電力系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控成為保障其安全生產(chǎn)的必然要求[1-2]。由于梅花井煤礦部分設(shè)備老化，短路過(guò)流故障時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)電力監(jiān)控網(wǎng)可靠性差，且系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，未能及時(shí)防止越級(jí)跳閘事件的發(fā)生。因此，我礦提出一種新的監(jiān)測(cè)方案，采用MPR304S(A)數(shù)字式礦用綜合保護(hù)裝置，吸收并借鑒了地面智能變電站綜合自動(dòng)化裝置成熟的軟硬件技術(shù)，集成繼電保護(hù)、在線監(jiān)測(cè)、綜合測(cè)控及數(shù)據(jù)通信等功能于一體，確保煤礦安全生產(chǎn)，消除電力隱患[3]。

1 礦井電力系統(tǒng)現(xiàn)狀

梅花井煤礦現(xiàn)有電力監(jiān)控設(shè)備普遍存在使用年限較長(zhǎng)、線路老化嚴(yán)重、裝置系統(tǒng)更新不及時(shí)、通訊兼容性差等諸多問(wèn)題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 調(diào)度監(jiān)控主機(jī)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，影響對(duì)井下變電所的在線監(jiān)控。

2) 井下變電所電力監(jiān)控分站內(nèi)主機(jī)出現(xiàn)重啟故障，影響運(yùn)行；部分高爆開關(guān)柜內(nèi)防越級(jí)光纖損壞，導(dǎo)致該部分裝置通訊中斷，進(jìn)而影響整體防越級(jí)系統(tǒng)。

3) 主通風(fēng)機(jī)房及制氮機(jī)房電力監(jiān)控系統(tǒng)，由于原保護(hù)裝置通訊接口存在問(wèn)題，使得與新系統(tǒng)不匹配、不兼容，電力監(jiān)控基本處癱瘓狀態(tài)。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 井下地面一體化技術(shù)

2.1.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)

井下地面一體化電力監(jiān)控系統(tǒng)具有如下3點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1) 基于先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)建通信系統(tǒng)。

2) 利用數(shù)字化變電站標(biāo)準(zhǔn)的信息接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有智能設(shè)備的“互操作”和“即插即用”。

3) 地面井下變電站一體化管理的電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種電力數(shù)據(jù)管理、控制操作及繼電保護(hù)信息統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備的全面自動(dòng)化監(jiān)控。

2.1.2 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)

井下地面一體化防越級(jí)跳閘系統(tǒng)具有如下2點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1) 基于網(wǎng)絡(luò)智能識(shí)別的電流保護(hù)、改進(jìn)型零序?qū)Ъ{原理的漏電保護(hù)技術(shù)，從原理上解決了煤礦企業(yè)電網(wǎng)的“越級(jí)跳閘”問(wèn)題。

2) 發(fā)生故障時(shí)實(shí)現(xiàn)故障精確定位、事故準(zhǔn)確分析、故障快速隔離、故障快速排除、故障一鍵恢復(fù)，確保井下供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

2.2 MPR304S(A)保護(hù)裝置

2.2.1 裝置概述

MPR304S(A)數(shù)字式礦用綜合保護(hù)裝置，采用智能零時(shí)限電流保護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)輻射型配電網(wǎng)絡(luò)中上下級(jí)繼電保護(hù)的配合，可以可靠的實(shí)現(xiàn)故障的定位，在不犧牲繼電保護(hù)裝置的選擇性和速動(dòng)性的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的合理配置；裝置采用改進(jìn)型零序?qū)Ъ{原理的漏電保護(hù)技術(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不平衡電流，動(dòng)態(tài)識(shí)別故障前后系統(tǒng)零序?qū)Ъ{的變化軌跡，判定故障線路，自適應(yīng)系統(tǒng)各種接地方式，保證裝置漏電保護(hù)動(dòng)作的可靠性；裝置采用動(dòng)態(tài)過(guò)流技術(shù)區(qū)分電機(jī)冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)，解決系統(tǒng)電壓降低時(shí)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)造成的總進(jìn)線開關(guān)過(guò)電流跳閘問(wèn)題。

2.2.2 工作原理

該保護(hù)裝置的工作原理如圖1所示。

圖1 MPR304S(A)保護(hù)裝置工作原理圖

裝置采集供電系統(tǒng)的電壓、電流、弧光信號(hào)和開關(guān)、非電量保護(hù)等開入量信號(hào)，經(jīng)信號(hào)變換、隔離、濾波、信號(hào)處理、AD轉(zhuǎn)換等電路處理后，進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），DSP的軟件系統(tǒng)對(duì)各種采樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、傅里葉變換、數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算后，輸出顯示信息，提供各種保護(hù)功能，通信接口，將測(cè)控信息通過(guò)CAN總線輸出。裝置的所有輸入和輸出信號(hào)及電源均經(jīng)過(guò)磁、光或繼電器隔離處理。

3 技術(shù)升級(jí)改進(jìn)方案

為改變上述礦井電力系統(tǒng)存在的不足，保障煤礦正常穩(wěn)定運(yùn)行，消除安全隱患，實(shí)現(xiàn)從根本上解決越級(jí)跳閘的問(wèn)題[4]，經(jīng)討論研究提出了具有防“越級(jí)跳閘”功能的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)方案。

3.1 井下變電所升級(jí)改造

1) 井下各變電所的防越級(jí)保護(hù)裝置均選用升級(jí)后的MPR304S(A)保護(hù)裝置和防越級(jí)電流保護(hù)控制器KHL127A，前者具有在線測(cè)溫功能和閃弧檢測(cè)功能。防越級(jí)跳閘系統(tǒng)采用專用網(wǎng)絡(luò)，各變電所間及保護(hù)裝置間采用光纖通道實(shí)現(xiàn)信息交互，且與電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互不干擾。

2) 高爆開關(guān)柜需更換光纖接線柱及防越級(jí)專用光纜，并與地面變電所形成防越級(jí)系統(tǒng)。綜保裝置將通過(guò)以太網(wǎng)通訊方式接入到本所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)后，上傳至調(diào)度監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)四遙功能。

3) 為統(tǒng)計(jì)井下變電所用電量，對(duì)現(xiàn)有的高壓綜合保護(hù)器進(jìn)行軟件升級(jí)。通過(guò)修改保護(hù)器內(nèi)部電度值計(jì)量算法、調(diào)整計(jì)算間隔、優(yōu)化計(jì)算時(shí)序等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電度計(jì)量精度要求。

3.2 地面升級(jí)改造

1) 對(duì)調(diào)度室電力監(jiān)控后臺(tái)及主機(jī)進(jìn)行全面升級(jí)更換，增加電度計(jì)量軟件1套，用于井下高低壓用電量統(tǒng)計(jì)。

2) 主通風(fēng)機(jī)房、制氮機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房及主運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)機(jī)房?jī)?nèi)的所有開關(guān)，均更換為新保護(hù)裝置，并各自增加WET9751型通訊管理機(jī)，將本機(jī)房通訊信息收集到管理機(jī)后，轉(zhuǎn)出上傳至調(diào)度后臺(tái)，達(dá)到電力監(jiān)控的信息化目的。

4 改造后成效

通過(guò)對(duì)我礦電力監(jiān)控及防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)改造，構(gòu)建集成了礦用電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)時(shí)向監(jiān)控系統(tǒng)傳送開關(guān)的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因素、電度、保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)、斷路器和刀閘位置、事件順序記錄（SOE）等遙測(cè)和遙信量。能夠?qū)路涝郊?jí)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與網(wǎng)絡(luò)化傳輸，提高了礦井電網(wǎng)的自動(dòng)化水平、運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，為礦井電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供決策支持。