煤礦智能供電系統的發展與應用

崔志勇

(西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西 興縣 033602)

煤礦智能供電系統是實現全礦井供電網絡自動化、智能化的完整方案，主要包括:地面集中監控中心、地面變電站保護自動化系統、地面配電所保護自動系統、井下中央變電所、采區變電所保護自動化系統、移動變電站保護以及通訊分站等。系統內所有設備采用標準以太網接口，通訊介質支持光纖。采用國際通用的IEC61850 和IEC60870－5 規約，該規約是建設智能電網的核心通訊標準，能實現設備的互操作性，做到不同產品設備的“即插即用”。采用以太網作為通訊媒介，避免了通訊分站數據間轉換的瓶頸問題，極大地提高了監控系統的反應速度，優化了監控系統的性能。

1 煤礦智能供電監控中心系統結構

煤礦智能供電系統監控范圍:地面變電站、配電所、井下中央變電所、移動變電站及低壓供電系統。

監控主站包括各變電所的就地監控分站和集中中心的監控主站，無人值班變電所可以取消或簡化就地監測分站，集控中心的監控主站系統應按標準化機房建設，一般由2 臺或多臺計算機構成，與礦井自動化系統通過網關實現數據互聯。煤礦智能供電系統監控示意圖見圖1。

圖1 煤礦智能供電系統監控示意圖

2 智能化供電系統功能

煤礦供電系統中，10 kV/6 kV 地面、井下配電網絡的供電系統相對復雜，級聯變電所較多、且線路主要采用短距離絕緣電纜方式。為了保證動作的靈敏性，速斷保護的范圍常會和下一級變電站出線或移動變電站的速斷保護范圍重合;而且為了保護系統和設備，地面變電所出線速斷保護一般采用無延時設計，不能利用延時實現保護動作的選擇性，所以從理論上來講出線短路故障造成越級跳閘是不可避免的;實際運行中，人工的定值整定問題也加劇了保護越級跳閘的情況發生。

智能化煤礦供電系統的設計原理是利用高速光纖以太網技術和規范化的IEC61850 通訊技術，在系統發生故障時首先通過各種保護裝置的快速信息交換判斷故障位置，命令最靠近故障點的開關切除故障，避免了上級保護的誤動作。保護動作機制更多依賴于全網絡的綜合信息而不再僅僅受本裝置電流定值的限制，降低了定值造成的風險。利用同樣的機制，也可以解決大容量移動變電站空頭時帶來的線路保護的誤動作問題。

其具體過程如下，考慮極限情況線路末端短路僅靠電流定值無法滿足選擇性，所有流過故障電流的保護裝置均能啟動速斷保護，本保護裝置速斷啟動同時向上一級發出閉鎖信號，同時檢測下級是否有閉鎖信息發出，如果檢測到閉鎖信息則閉鎖速斷出口，否則，經過一個短路延時后跳閘，延時時間與閉鎖信息時間可靠傳輸時間進行配合，實際礦井應用中延時時間不大于50 ms。智能化煤礦供電系統設計原理示意圖見圖2。

圖2 智能化煤礦供電系統設計原理示意圖

3 全方位優化的一體化電力監控功能

煤礦智能供電系統在實現提高供電可靠的同時，在實現“四搖”的電力監控的基礎上，結合實際情況開發了大量的實用化功能，使該系統更能完整的反應一次系統的運行狀況，簡化管理，優化運行。

保護功能:所有10/6 kV 配電點配置的保護測控裝置，能完整實現對輸電線路、變壓器、電容器、井下電纜等設備的保護功能，保護類型包括電流保護、電壓保護、差動保護、漏電保護等。

“四搖”功能:地面、井下供電系統各高壓供電點運行模擬量、狀態量實時上傳;地面集中監控中心遠程分合操作、定值修改與維護。

電能質量監測和分析:供電系統網絡中各高壓供電點的電能質量監測，主要包括:電壓偏差、電壓合格率、頻率偏差、頻率合格率、電壓不平衡、諧波(15 次)等。并在集中監控平臺配置輔助分析功能。使用時能清晰地了解整個供電系統的電能質量和諧波分布情況，并可據此采用相應的治理策略。

能效管理功能:地面、井下所有的保護監控裝置具備精準的電能計算功能，計量精度能滿足實用化要求，尤其在井下高壓開關內部空間較小時具有突出效果。同時可以減少電度表及其輔助通訊設施的投資。

自動化的配置管理與在線仿真:由于供電網絡隨著綜采、綜掘工作面的更換而變化，因此，快速自動化的配置管理與檢驗變得越來越重要，系統輔助的自動配置功能可以極大地簡化維護人員的工作量。系統支持運行中或系統變更后的在線仿真功能，能模擬系統各個故障檢查系統中各個保護設備的動作行為，進而檢查系統參數配置的合理性。

智能“自愈”與轉供提醒:系統采用備用電源自投等功能實現地面主扇、水泵房、絞車房的雙回路自動切換;利用智能配電網技術實現地面環網供電的快速故障隔離與供電恢復;系統發生短路故障并切除后自動根據系統拓撲提示最佳的轉供方案，簡化運行人員的管理方式。

4 結束語

智能化供電系統是一個不斷發展的過程，智能化供電系統實現了全礦供電網絡一體化判斷與管理、實時監測與控制，極大地提高了供電網絡智能化水平和系統穩定性。

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