同忻礦防越級跳閘與電力監控系統方案設計

趙 彪

（晉能控股煤業集團同忻煤礦山西有限公司，山西 大同 037003）

同忻煤礦井下現有的電力供電系統在運行過程中經常出現越級跳閘現象，為保證整個工作面的高效穩定開采，降低電力供電系統出現跳閘的頻率，需對煤礦工作面供電系統進行改造設計。結合同忻煤礦供電系統特點，采用新型的網絡保護技術，對該煤礦工作面防越級跳閘與電力監控系統進行改造設計，解決煤礦井下供電系統繼電保護選擇性和速動性的矛盾，從根本上解決礦井電網繼電保護的越級跳閘問題。

1 同忻煤礦防越級跳閘與電力監控系統建設規劃

根據同忻煤礦供電的特點，在井下西翼采區變電所增加隔爆兼本安電力控制器KHL127兩臺，保護裝置通過專用光纖和KHL127連接，建立防越級跳閘系統[1-2]。同時，在井下西翼采區變電所增加隔爆兼本安電力監控分站1臺，保護裝置通過CAN網接口和電力監控分站連接，接入到原有的電力監控系統。在井下變電所將低壓部分的數據接入到無線基站，無線基站通過礦井環網或4G網絡把數據上傳至地面監控中心，實現地面監控中心遠程監測、控制、遙測、遙調、遙信。為實時檢測工作面的電量情況，在西翼采區變電所、一盤區中央變電所及風機、二盤區中央變電所、二盤區采區變電所、三盤區變電所每臺開關內安裝一臺電能采集器，同時每個變電所安裝一臺無線基站，電能采集器通過無線傳輸把電度數據傳給無線基站，無線基站把電度數據上傳至地面監控中心，建立一套電度計量系統。

2 防越級跳閘與電力監控系統總體方案設計

2.1 井下防越級跳閘系統方案設計

防越級跳閘系統由MPR304S智能零時限電流保護裝置、地面應用的DPR300系列保護裝置和KHL127保護控制器組成，與地面變電站綜合自動化系統具有一致的通信接口技術，井下應用的綜合保護裝置與地面應用的保護裝置直接接口，實現快速、穩定和技術一致的礦井電網防越級跳閘系統[3]。整個系統采用智能零時限電流保護配合光纖差動保護技術實現井下防越級跳閘。其中，MPR304S（A）數字式礦用綜合保護裝置內置智能零時限電流保護和光纖差動保護功能，可通過保護裝置的菜單設置保護功能。MPR304S（A）數字式礦用綜合保護裝置除具備防越級跳閘功能外，還具有常規的三段式電流保護、電弧光保護、開關柜溫度監測、反時限過載保護、相不平衡保護、過欠壓保護、非電量保護（風電、瓦斯閉鎖）、輔助保護和電纜絕緣監視等保護功能。

2.2 井下電力監控系統方案設計

井下電力監控系統由MPR300S系列保護裝置、KJ38-F礦用隔爆兼本安型電力監控分站和監控通信網絡組成。MPR300S系列綜合保護裝置具有FFT計算的電壓、電流、功率、功率因數、頻率等模擬量和開關量測量，事件順序記錄，動作報告記錄，保護定值存儲與管理，以及開關分合閘操作、合閘保護、合閘故障監測和保護功能試驗等測控功能[4]。KJ38-F礦用隔爆兼本安型監控電力分站用于實現MPR300系列數字式礦用綜合保護裝置與DPS301M主站自動化監控系統的數據交換。KJ38-F分站配置DPR371通信服務器，實現控制局域網（CAN Bus）和以太網的信息轉發；KJ38-F監控分站配置視頻服務器，實現數字視頻信號到以太網的信息轉發；KJ38-F監控分站可通過以太網交換機集成語音通信功能。工作面中防越級跳閘與電力監控系統總體框架圖如圖1。

圖1 工作面中防越級跳閘與電力監控系統總體框架圖

3 系統中關鍵設備設計

3.1 MPR304S系列數字式礦用綜合保護裝置設計

MPR304S系列數字式礦用綜合保護裝置主要安裝于10（6） kV隔爆型高壓配電裝置中，具備與防越級跳閘系統的光纖接口功能，采用智能網絡保護技術實現礦井電網繼電保護的選擇性和快速性要求，能適應礦井電網多級串聯供電和“T”接供電模式的保護選擇性要求[5]。同時，該裝置具有選擇性漏電保護功能，采用改進型零序導納原理的漏電保護技術，自適應電網中性點接地方式，根據保護定值和時限瞬時或延時動作于跳閘或告警，保護具備“告警”和“跳閘”選項。另外，該裝置具備CANBUS總線方式的通信接口，CANBUS接口信號為本安信號。保護裝置的CANBUS總線與KJ38礦用電力監控分站聯網，與主站監控系統配合組成礦用電站自動化系統，實現遙測、遙信、遙控和遙調功能。

3.2 KHL127隔爆型電流保護控制器

KHL127隔爆型電流保護控制器是整個系統中的重要保護裝置，主要負責系統中電流的有效保護，與礦用綜合保護裝置配合組成智能零時限電流保護系統，實現礦井電網防越級跳閘功能[6]。KHL127控制器實時收集、判斷各保護裝置的故障信息，并轉發給網絡中的其他保護裝置，實現故障檢測和定位，解決上下級保護的配合問題。保護控制器采用FPGA處理技術、光纖傳輸方式，具有高通信速率。保護控制器具備后備電源功能，交流電源停電后能維持不小于4 h的后備電源輸出。

3.3 MEM301礦用電能計量裝置

MEM301礦用電能計量裝置主要負責對系統的電能進行計量統計。MEM301礦用電能計量裝置能夠采集井下高低壓開關的電度量、電壓、電流和開關分合狀態，通過電纜取壓和開口CT取流的方式接入一次系統；裝置具備無線LORA通信功能，能夠自動入網，將采集到的電能信息上傳至系統，井下通信距離不小于100 m；電力監控系統能夠通過MEM301礦用電能計量裝置實現對低壓饋電開關的遠程控制，并監測控制結果。

4 現場施工改造及應用

變電所防越級跳閘與電力監控系統接線圖如圖2。根據此施工方案及流程，完成了同忻礦工作面中防越級跳閘與電力監控系統的改造施工。經過現場應用驗證可知，在將近6個月測試過程中，改造后的工作面供電監控系統運行更加穩定，所需的電量相比有所降低，能將各設備的工作狀態及電量情況通過顯示界面進行實時顯示，當超過了供電系統的功率閾值會發出限壓報警提示。工作面設備使用過程中未出現電路跳閘、電路短路等異常現象，電力維護工作人員的勞動強度大大降低，整個工作面供電穩定性及設備的耗電量得到了有效監控，達到了預期效果。

圖2 變電所防越級跳閘與電力監控系統接線圖

5 結論

通過對同忻礦工作面中防越級跳閘與電力監控系統的改造設計，實現了工作面供電過程中電量、電壓、電流、過壓情況等參數的實時監測及信號采集，解決了工作面中越級跳閘現象頻發與電力監控系統性能較低等問題，提高了工作面中供電監控系統的智能化和信息化程度，保障了工作面的作業安全及生產效率。