煤礦變電所高壓配電裝置改造及其應用效果分析

牛 偉

（山西省高平市科興米山煤業有限公司，山西 高平 048400）

引言

煤礦開采中需要用到大量電力設備，其穩定運行需要依靠煤礦供電系統[1]。因此，煤礦變電所高壓配電性能的好壞對煤礦開采過程有決定性的影響，輕則影響設備的穩定運行，進而影響采煤效率，重則會威脅人員和設備的安全[2]。然而在工程實踐中，由于多方面的原因導致變電所高壓配電方面存在一些問題，如不同裝置由于采購廠商和時間不同，型號之間存在不匹配的問題等，這些問題的存在嚴重影響高壓配電裝置的安全與穩定運行[3-4]。基于此，煤礦企業有必要對其變電所高壓配電裝置進行深入分析，總結運行時存在的各類問題，在此基礎上對高壓配電裝置進行深入改造，以提升其運行穩定性，為煤礦安全和采煤效率提升奠定堅實的基礎[5-6]。

1 礦井高壓供電系統及其存在的問題

某煤礦每年的開采量在420 萬t 左右。為了滿足煤礦井下實際生產的需要，截至目前礦井下配備了13 個變電所，圖1 所示為部分礦井變電所的供電網絡示意圖。變電所中各類高壓配電裝置的數量超過了200 臺，為了對井下高壓配電裝置進行保護，還設置了高壓綜合保護器。

圖1 部分礦井變電所的供電網絡示意圖

但由于煤礦井下配電網絡是隨著煤礦的發展而逐漸發展的，這意味著煤礦井下使用的各類電器設備和裝置不是在同一時期采購的，而是在煤礦發展不同階段按照配電網絡的實際需要購買的。以高壓綜合保護器為例，目前使用的有多種類型，如DCZB-X、SDZB-L6.0、MCC-I/6 kV、BZGK-L/6.0型等。由于不同高壓綜合保護器的生產廠家不同、生產時期也不一樣，導致其運行性能和穩定性也存在一定的差異。由于存在以上實際問題，導致礦井高壓供電系統在實踐過程中經常出現各類故障問題，如高壓綜合保護器時常出現越級跳閘、拒動或誤動等現象，不僅對煤礦的正常連續性生產造成影響，還對礦井安全構成了嚴重威脅。基于此，煤礦企業決定對變電所高壓配電裝置進行技術改造。

2 高壓配電裝置改造方案

為有效解決高壓綜合保護器出現的拒動、誤動、越級跳閘等問題，對煤礦現有的高壓配電裝置進行了技術改造。在充分結合實際情況的基礎上，主要從以下兩個方面進行了改造。

2.1 高壓配電速斷保護改造

首先，對煤礦變電所使用的高壓配電裝置進行升級換代，全部使用最新的高性能設施，淘汰舊設施，通過此舉可以確保所有的高壓配電裝置性能之間匹配，最大限度地發揮裝置的性能。其次，充分結合煤礦實際情況，在高壓配電系統中增加電抗器裝置，通過該裝置能夠合理控制短路電流。只有當電流超過裝置設定的數值以后，才可以執行速斷保護，以防止出現越級跳閘導致的大面積停電問題，有效控制停電范圍，降低越級跳閘造成的不良影響。再次，為了營造良好的運行環境，可以在變電所附近使用干燥劑，以防止空氣相對濕度過高導致電路發生短路問題。最后，需要做好高壓配電裝置的漏電保護工作，具體措施主要是結合變電所實際情況對各個裝置的參數進行重新設置，同時對相關開關電流大小進行實時監控，一旦發現電流超標，則會立即啟動漏電保護。

2.2 建設在線監控系統

2.2.1 在線監控系統整體方案

建設的監控系統可以分為井下檢測部分和井上監控部分。井上和井下通過工業以太網進行數據信息的交換。在變電所檢測得到的數據信息通過以太網傳輸至地面監控中心服務器中保存，利用控制系統對其進行分析處理并實時顯示。如圖2 所示為在線監控系統整體方案示意圖。

圖2 在線監控系統整體方案示意圖

利用設計的在線監控系統可以對井下13 個變電所內的高壓配電裝置進行實時監測與控制。通過對監測得到的數據信息進行深度挖掘與分析，可以提前預報高壓配電網絡可能存在的故障問題，進而及時采取措施進行預防處理，將隱患扼殺在萌芽階段。如果變電所高壓配電網絡出現故障問題，利用該監控系統可以第一時間定位故障位置，并提供對應的解決方案，協助排除故障問題，及時恢復供電。通過以上功能，在線監控系統可以有效防止礦井供電網絡發生越級跳閘、大面積停電和長時間停電等問題。另外，如果礦井內部出現了瓦斯超限等緊急情況，在工作人員不方便進入礦井內進行操作時，也可以利用該系統實現遠程控制或者操作，從而有效保障工作人員的安全。

2.2.2 保護器的基本工作原理

保護器是在線監控系統中最為關鍵和核心的裝置，結合實際情況選用的保護器型號為SGZB-07A，圖3 所示為SGZB-07A型保護器基本工作原理示意圖。利用該保護器可以實現過流Ⅰ段、過流Ⅱ段和過流Ⅲ段的保護。其中前者稱為電流速斷保護，是主要的保護形式，發揮著主要作用；后兩者稱為兩段定時限過流保護，是備用的保護形式，發揮著次要的作用。具體介紹如下：

圖3 保護器基本工作原理示意圖

1）電流速斷保護。空載情況下，如果突然向變電所投入使用大型變壓器，則會使整個電路中生成較大的勵磁涌流，從而對電網造成沖擊，導致速斷保護出現誤動問題。此時大型變壓器將無法真正投入使用。為避免上述問題，對于容量超過600 kVA的大型變壓器，需要對電流速斷保護設置50 ms的延遲，防止出現誤動現象。

2）定時限過電流保護。同樣采用設置延時的方式達到保護的目的。不同的保護對象需要設置的延時時間存在差異，需要根據電網具體情況確定。從電荷方向出發，沿著電源方向，設置的延時時間應該逐漸增大。

3）反時限過電流保護。在這種保護模式下，各種保護動作響應的時間隨著電路中電流值的增大而逐漸縮短。利用這種保護模式可以對與被保護對象距離較近的故障進行快速切斷。

3 高壓配電裝置改造效果評價

將上述變電所高壓配電裝置技術改造方案應用到煤礦工程實踐中，有效解決了煤礦變電所時常出現的拒動、誤動、越級跳閘等故障問題，顯著提升了供電網絡運行的穩定性，為煤礦開采工作的正常穩定開展奠定了堅實的基礎。產生的效果主要表現在以下幾個方面：

1）通過建立電力監控系統，可以對變電所的運行情況進行實時監控，實現了反時限過電流保護、定時限過電流保護、速斷保護等保護方式的有效融合，保障了系統設置的各級保護措施，能夠按照設定的順序依次運行，有效解決了拒動、誤動、越級跳閘等問題。

2）通過運用電力監控系統，在提升了監控質量和效率的同時，還為煤礦企業節省了人力資源，規避了人為操作時可能帶來的誤差，為企業節省了人力成本。

3）對高壓配電速斷保護進行技術改造后，對保護動作時間進行了優化，可以有效避免由于供電網絡電壓不穩定導致的大面積跳閘停電問題。再加上監控系統的配合，能對各類故障記錄進行自動保存，方便工作人員對故障進行排查并解決。

4）在線監控系統可以對礦井各個設備的能源消耗情況進行記錄，并保存到數據庫中建立管理系統。在線監控系統可以對電能消耗情況進行統計分析，找到能耗較大的方向并進行優化改進，可為煤礦企業節省電能消耗。

4 結論

1）原變電所高壓配電裝置由于較老舊且裝置之間的性能不匹配，經常出現越級跳閘、拒動或者誤動等現象。

2）對變電所中的老舊裝置全部進行更換，增加電抗器裝置，使得各裝置之間的性能相互匹配，能最大限度地發揮裝置的性能。

3）建設了在線監控系統，可以對變電所高壓配電裝置的運行情況進行實時監測與分析，且能夠實現遠程控制。

4）將高壓配電裝置技術改造方案應用到工程實踐中，有效解決了以往出現的各類問題，為煤礦企業創造了很好的經濟效益。