煤礦大數據供電云計算開發運用

王傳華 方 倫 徐加瑞

（新礦內蒙古能源有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 016299）

煤礦供電屬于I 類工業用電，其安全性尤為重要。新時期煤礦井下大機組、變頻、永磁、無功補償等新工藝運用，給煤礦供電安全帶來很大困擾，比如壓降、諧波、諧振等，繼電保護也因整定值存在問題，出現供電保護裝置誤動、拒動及越級跳閘等現象，因此，煤礦供電安全管理水平應進一步提升和改進[1-2]。

長城二礦通過與合肥明信有限公司合作，開發了供電云平臺，在云平臺上，為其增加系統原始數據，并與其他礦井數據互聯互通，實現了數據共享、云存儲、云計算等。此外，供電云服務平臺也可實現供電圖紙繪制、采掘工作面供電設計、最大（最小）短路電流計算、保護整定值的計算、供電安全設計計算報告自動生成等，煤礦根據礦井的自身條件及實際設備情況運用平臺，并在平臺中利用已知參數構建起礦井上、下供電系統網絡圖，其設備及電纜需要人工填充，剩余工作按照提示對各項設計要求進行一鍵式計算。比如：電纜與開關選型一鍵式核定，一鍵式最大（最小）短路電流及短路容量計算，一鍵式開關整定保護定計算（系統自動將計算結果標注在圖上），最后系統一鍵式生成詳細的全礦供電設計報告。平臺對不同類型企業的供電設計、計算與繪圖都可以滿足要求，解決了傳統的單機版軟件安裝部署過程復雜、數據無法共享及無法移動辦公等缺點，大大提高了供電技術人員的工作效率和協同辦公水平。

1 大數據供電云平臺概念

1.1 云平臺概念

云平臺（cloud platforms）指的是基于硬件的服務，提供網絡、計算、存儲能力。

1.2 云平臺的分類

（1）以數據存儲為主的存儲型云平臺；（2）以數據處理為主的計算型云平臺；（3）計算和數據存儲處理兼顧的綜合云計算平臺。

1.3 大數據供電云平臺

明信安全供電云平臺是集計算和數據存儲處理兼顧的綜合性云計算平臺，云平臺實現了云計算、云備份、自動存儲等功能。對用戶數據的備份，包括繪制的供電圖紙和計算報告等，定期存儲、定期自動備份大數據云平臺數據庫中。在現場實際操作過程中，用戶新增的變壓器、電纜及電動機、變頻器、啟動器等其他設備參數隨著用戶的添加及時存儲在云端，實現了一人參與、多人共享的局面。

1.4 大數據云平臺的意義

（1）隨著使用用戶的增多，數據的增加，可提供更多的煤礦設備的共享數據信息，實現資源共享，信息互通。

（2）降低了人員的勞動成本，大大降低了前期對設備、人員、資金的投入和后期對系統軟件升級及日常維護保養成本，同時也大大降低了因各種人工失誤可能導致的事故損失。

（3）提高了數據的安全性，保證了供電安全的可靠性，提高了用戶體驗，使用者可以隨時隨地采用任何云終端接入云端并使用云中的計算資源，真正實現移動辦公。

2 大數據云計算的原理

2.1 有名單位制計算高壓短路電流

有名單位制是將系統中各元件的實際阻抗都折算到短路點所在的等級平均電壓下的歐姆制，再按照實際電路算出總阻抗，最終完成短路電流計算。有名單位制在進行短路電流計算時，使用的是平均電壓，而不是標準電壓。

2.2 標幺值法計算高壓短路電流

采用標幺值法計算短路電流，就是一種相對計算數值，是將電壓、電流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用標幺值表示。

標幺值是短路電流中的概念，計算時選定一個基準容量（Sj）和一個基準電壓（Uj），將短路計算中所有的計算參數都轉化為與其參數有關的基準量的比值（相對基準量的比值，X·s=Skd/Sj=Ud/Uj），其中，Sj為標準容量；Skd為實際容量；Uj為基準電壓；Ud為實際電壓；X·s 為基準量的比值，標幺值。

2.3 高壓開關保護整定計算原則

（1）Ⅰ段保護要求躲過線路末端最大三相短路電流整定，且靈敏度系數符合要求，即最小運行方式下保護范圍不小于被保護線路全長的15%～20%，或者按照保護安裝處最小兩相短路電流進行校驗，靈敏度系數不小于1.5。

（2）Ⅱ段式保護可按照下一級線路出線開關Ⅰ段保護配合整定或者按照與本級線路上級出線開關Ⅱ段反配合整定（但要躲過包括最大負荷啟動在內的所有出線負荷電流之和），并在本線路末端最小兩項短路電流故障情況下，有不小于1.5 的靈敏系數進行校驗，時限設置一級時間差。

（3）Ⅲ段式保護整定按照可靠躲過本線路實際運行中出現的最大負荷電流進行整定，并按本線路末端最小短路故障情況下有不小于1.5 的靈敏系數進行近后備校驗，保護時限應與下級線路的Ⅳ段保護進行配合，并要按相鄰線路末端最小兩相短路故障情況下，有不小于1.2 的靈敏系數進行遠后備校驗，也可用相鄰元件末端最小兩相短路電流有不小于1.2 的靈敏系數反算Ⅲ段保護定值。

（4）高壓漏電保護的縱向選擇性，按照采區變電所、井下中央變電所、地面變電所三級時限階段整定，分別為0.1 s、0.3 s、0.5 s。

3 大數據供電云計算在煤礦的應用

長城二礦雙回路電源引自焦化園110 kV 變電站，該變電站由鄂爾多斯市電業局所建并負責運行管理，距本礦井地面工業場地約3.6 km。線路均采用LGJ-240 鋼芯鋁絞線，公司選用35 kV 箱式變電站，35 kV、10 kV、10/0.4 kV 系統的配電設備以及10 kV 系統補償電容、消弧消諧裝置等設備均安裝于箱體中，主變壓器及10 kV 補償電容系統的磁控電抗器室外安裝。主變壓器選型：SZ11-12500/35 35/10 kV，12 500 kVA，2 臺并列運行，變壓器負荷率60.0%。35 kV 系統選用XGN-40.5 型高壓開關柜11 面，10 kV 系統選用XGN-12 型開關柜28 面，10/0.4 kV 系統選用GGD2 型低壓開關柜9 面，SCB 10/0.4 kV、630 kVA 干式變壓器兩臺（一臺運行，一臺備用）。

3.1 網頁式登錄

明信安全供電云平臺實現了網頁訪問功能。通過瀏覽器登錄www.hfmxs.com 訪問本系統，完成繪圖、計算、整定等操作，無需單獨部署系統安裝客戶端。

3.2 一鍵式自動繪制地面供電系統圖

根據框架式提示，快速繪制35～110 kV、6～10 kV 地面供電系統圖，一鍵式繪制系統圖的時間小于2 min。

3.3 一鍵式短路電流計算

系統圖繪制完成后，一鍵式快速計算地面供電系統圖短路電流，一鍵式短路電流計算的時間小于2 min。

3.4 一鍵式整定保護定值計算

系統圖繪制完成后，人員利用云平臺的提示進行核對，最后一鍵式快速計算地面開關保護定值并自動校驗保護定值與動作時限配合關系，一鍵式短路電流與保護定值計算的時間小于2 min。

3.5 設計報告生成可選且一鍵式生成

通過供電云平臺服務器計算完成后，一鍵式快速生成詳細全面的煤礦井上、下供電計算報告，供電系統設計報告的內容主要包含：高壓電纜選擇與校驗、短路電流計算、等值阻抗圖、高壓開關動熱穩定校驗、地面開關整定值計算過程以及整定值統計表。

4 大數據供電云計算的優勢

4.1 智能動、熱穩定校驗

系統具備高壓開關動、熱穩定校驗及高壓電纜熱穩定校驗功能，對高壓開關設置好斷路器熱穩定電流、熱穩定時間及動穩定電流，對高壓電纜設置好長度及型號即可一鍵進行動、熱穩定校驗，并且能夠生成詳細的計算過程。

4.2 數據云端共享

變壓器、電纜及電動機等參數存儲在云端、圖紙與設計報告也在云端備份存儲且圖紙隨時以DWG、PDF、JPG 等格式導出到本地，供電設計報告可直接導出。

4.3 防越級跳閘的整定算法保證供電系統安全

利用平臺獨特的基于電流電壓聯鎖保護的整定算法，對線路長度過短加之系統運行方式變化較大時，傳統的瞬時電流速斷保護無法同時滿足靈敏性和選擇性的要求。若采用瞬時電流電壓與保護作為線路的Ⅰ段主保護，基本能同時滿足靈敏性和選擇性的雙重要求，有效地解決了煤礦高壓線路較短時，瞬時電流速斷保護（Ⅰ段）沒有保護范圍或存在越級跳閘的問題。

4.4 云備份

云平臺實現了云備份功能，自動備份數據。對用戶數據的備份，包括繪制的供電圖紙和計算報告，這些數據均存放在數據庫中，定期自動備份以保證數據的安全性。

5 實施效果及檢驗

利用供電云服務平臺，在其服務器上，上傳了35 V 配電柜88 組數據參數，10 kV 配電柜、+850中央配電柜、+520 中央配電柜上傳785 組數據，井下低壓供電系統上傳2187 組數據，實現數據的云終端存儲，并利用其終端服務計算功能，實現了云計算、云下載使用。

地面高壓、井下高壓、移變整定計算書如圖1。

圖1 地面高壓、井下高壓、移變整定計算書

6 結語

繼電保護工作在煤礦生產工作中擔負著重要地位和作用，利用大數據供電云計算，能夠使得煤礦繼電保護人員從繁重復雜的工作中解脫出來，數據輸入后數值自動生成，將自動捋定短路整定計算單發布，提高了煤礦機電人員的技術水平與工作效率，避免煤礦供電保護裝置出現拒動、誤動及越級跳閘等現象，確保煤礦供電安全。