煤礦高壓供電系統(tǒng)電力監(jiān)控技術(shù)

馮建平

（山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉中 045300）

1 煤礦綜合自動化意義

煤炭在我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用。煤炭工業(yè)早已成為我國國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國能源消耗中，煤炭消耗量占全國能源消耗總量的一半以上。我國大部分煤礦的生產(chǎn)方式為井工開采，生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣，存在諸多不安全因素。因此，確保煤礦生產(chǎn)安全成為了重點(diǎn)。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)高速發(fā)展給煤礦安全生產(chǎn)帶來了新的希望。借助計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦綜合自動化，從根本上對傳統(tǒng)的煤礦監(jiān)控、管理、信息共享、全局調(diào)控等方面加以改變，將自動化信息技術(shù)運(yùn)用其中。如此一來，不僅提升了煤礦生產(chǎn)安全系數(shù)，而且在很大程度上能夠降低工人的勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)事半功倍的效果［1］。

就煤礦高壓供電系統(tǒng)而言，隨著對煤礦安全生產(chǎn)的重視，煤礦井上、井下的高壓系統(tǒng)供電可靠性越來越重要。將成熟的電力監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)合煤礦的特殊需求推出煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，完成煤礦防越級跳閘、配網(wǎng)系統(tǒng)自動故障隔離、單相接地故障定位和跳閘、一次在線狀態(tài)檢測、能效管理等是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

2 山西普通型煤礦基本情況概述

普通型煤礦一般由井上35kV（或10kV）變電站和井下10kV（或6kV）供電系統(tǒng)組成，井下供用電系統(tǒng)從35kV（或10kV）變電站兩段母線引出兩回10kV（或6kV）饋電電路接入中央配電室，井下中央配電室分別在兩段母線饋出兩回出線路給采區(qū)變電所。整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)分三級，即：地面35kV變電站、井下中央配電室和井下采區(qū)配電室，其中井下中央配電室和井下采區(qū)配電室多采用10kV（或6kV）防爆開關(guān)（見圖1）［2］。

圖1 一次系統(tǒng)圖

3 普通型煤礦高壓供電系統(tǒng)監(jiān)控中存在的問題

雖然目前普通型煤礦高壓供電系統(tǒng)按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要求已經(jīng)布置了監(jiān)控系統(tǒng)，但是仍然存在著一些共性問題。通過實(shí)際走訪、調(diào)查，對其中存在的問題進(jìn)行如下歸納［3］：

1）缺乏自動化、一體化管理。井上開閉所和井下中央變電站、采區(qū)變電站不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)視和控制，無法實(shí)現(xiàn)自動化、一體化管理。

2）線路越級跳閘情況時(shí)有發(fā)生。井下變電所共分為兩級，電源由35kV變電所引入兩回出線，第一級為井下中央變電所，第二級為采區(qū)變電所，目前存在線路越級跳閘的情況，偶爾發(fā)生35kV變電所10kV電源側(cè)跳閘，甚至跳閘到上一級35kV變電站。

3）相關(guān)裝置配備不齊全，配置落后。第一，現(xiàn)有礦山井下的保護(hù)裝置沒有電度計(jì)量、無法實(shí)現(xiàn)能效管理。第二，生產(chǎn)使用的高壓綜合保護(hù)器的功能比較簡單，不能完全滿足現(xiàn)場運(yùn)行的要求。比如很多保護(hù)器不具備故障錄波功能，即便有也是本線路的簡單錄波，沒有提供專業(yè)的故障錄波分析軟件，難以實(shí)現(xiàn)有效的故障錄波分析。定值修改要在現(xiàn)場通過有限的幾個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)，整定麻煩又費(fèi)時(shí)，增加了保護(hù)人員的工作強(qiáng)度。第三，高壓綜合保護(hù)器通訊能力差，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的礦井供電系統(tǒng)的智能化。目前很多保護(hù)器不具備通訊接口，無通訊能力，無法實(shí)現(xiàn)“四遙”功能，必須有人值守。即便具備通訊接口的保護(hù)器也只能通過485口進(jìn)行低速的通訊，通訊速度慢，上送遙測量要幾十秒才能刷新一次。而且485通訊電纜容易耦合電磁干擾，導(dǎo)致通訊誤碼率高，通訊不可靠，導(dǎo)致“誤發(fā)遙信”，“遙控失敗”等問題，無法實(shí)現(xiàn)采區(qū)變電所無人值守。第四，井下隔爆斷路器由幾個(gè)廠家供貨，保護(hù)裝置可靠性、穩(wěn)定性很差，電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)很低，型號、接口和規(guī)格不統(tǒng)一，無法實(shí)現(xiàn)信息的上傳功能。

4）失壓保護(hù)延時(shí)難以整定。這容易導(dǎo)致“越級跳閘”。目前很多保護(hù)器的失壓保護(hù)動作時(shí)延為0s，不能整定，饋線距離母線很近的地方發(fā)生短路故障時(shí)，母線電壓短時(shí)失壓或者由于地面變電站雨季瞬時(shí)雷擊造成系統(tǒng)短時(shí)失電時(shí)，該段母線上其他開關(guān)的失壓保護(hù)失誤動作導(dǎo)致“越級跳閘。

4 普通型煤礦高壓供電系統(tǒng)監(jiān)控解決策略

針對上述存在的問題，通過多方考察、求教，在智能電網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)了礦山供用電智能一體化解決方案。該方案能夠較好地解決普通型煤礦高壓供電系統(tǒng)監(jiān)控中存在的問題，實(shí)現(xiàn)以下功能。

4.1 井上井下變電站一體化管理

該方案采用國際先進(jìn)的IEC61850為核心通訊架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)井上井下變電站一體化管理，同時(shí)就地分散分布式保護(hù)控制裝置，在實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測控功能的同時(shí)完成積分電度計(jì)量的功能，節(jié)約了獨(dú)立電度表的設(shè)置，再通過通信回路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表管理。在完成系統(tǒng)改裝之后，能夠?qū)崿F(xiàn)以下具體功能：第一，完成井上井下供電全系統(tǒng)的一體化管理，能夠?qū)崿F(xiàn)所有線路的實(shí)時(shí)測量和信號監(jiān)視，通過監(jiān)控完成所有開關(guān)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)所有變電所無人值班。第二，完成井上井下供電全系統(tǒng)的電能計(jì)量及遠(yuǎn)程統(tǒng)計(jì)管理，自動形成電量報(bào)表。第三，完成全系統(tǒng)的單相接地選線功能，適用于中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地等各種系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，能準(zhǔn)確選擇故障線路并確定接地區(qū)段，同時(shí)完成漏電保護(hù)功能。

4.2 越級跳閘情況的避免

該方案采用IEC61850特有的GOOSE通信技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各分散式保護(hù)之間的快速數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障的快速定位，實(shí)現(xiàn)全線路準(zhǔn)確快速動作，避免越級跳閘情況的發(fā)生，直接提高了供電可靠性。

首先，完成全系統(tǒng)的防越級跳閘功能，通過保護(hù)控制器和通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)故障綜合分析，準(zhǔn)確的故障隔離技術(shù)，避免了現(xiàn)有系統(tǒng)的越級跳閘問題。

其次，系統(tǒng)故障錄波功能，能記錄故障瞬間、跳閘瞬間的電流電壓波形，便于分析故障類型和故障性質(zhì)。

再次，電能質(zhì)量分析功能即對電壓偏差與電壓合格率、頻率偏差與頻率合格率、電壓不平衡、各條線路的諧波電壓、諧波電流、諧波功率等進(jìn)行綜合分析。

4.3 成本節(jié)約最大化

礦山供用電智能一體化在優(yōu)化實(shí)現(xiàn)這些功能的同時(shí)，沒有改變原有系統(tǒng)的分散分布式結(jié)構(gòu)，確保了保護(hù)功能的獨(dú)立性，同時(shí)節(jié)省了電度表的配置，并利用目前寺家莊礦已具有的光纖環(huán)網(wǎng)的設(shè)施，降低了實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)的成本。

5 結(jié)語

對煤礦高壓供電系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控是十分復(fù)雜的一個(gè)過程，需要計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)等多方面一同配合，才能實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)以此為契機(jī)，對煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，全面實(shí)現(xiàn)自動化、綜合化生產(chǎn)，達(dá)到安全、高效、節(jié)能的目標(biāo)。

［1］ 宋曉燕.我國煤礦安全狀況及分析［J］.能源技術(shù)與管理，2004（2）：12.

［2］ 黃德有，李永實(shí).井下采區(qū)變電所的合理供電方式［J］.煤炭技術(shù)，2000（5）：16－17.

［3］ 王紅堯，華鋼，張瀚超，等.煤礦安全監(jiān)控分站的研究［J］.電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2005（12）：102.