電力監(jiān)控及防越級(jí)跳閘系統(tǒng)在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李 卓

（山西大同大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山西 大同 037009）

0 引 言

煤礦井下的整體環(huán)境較為復(fù)雜，具有眾多的控制開(kāi)關(guān)，而且供電設(shè)備和線路往往放置于防爆外殼中。電工和值班調(diào)度人員對(duì)電路相關(guān)實(shí)時(shí)參數(shù)和整體運(yùn)行狀態(tài)的了解相對(duì)復(fù)雜，因此對(duì)電力系統(tǒng)中潤(rùn)滑不良、機(jī)械卡阻、潮濕侵蝕、絕緣介質(zhì)蠕變等狀況無(wú)法進(jìn)行檢查，使得以上因素對(duì)電路系統(tǒng)造成了較大影響甚至破壞，最終導(dǎo)致無(wú)法有效保障電力系統(tǒng)的整體安全。機(jī)電部門(mén)在開(kāi)展機(jī)電系統(tǒng)管理過(guò)程中，往往只能事后開(kāi)展處理。如何針對(duì)供電系統(tǒng)開(kāi)展重點(diǎn)設(shè)備的定期巡檢，對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行緊急處理，對(duì)電路系統(tǒng)開(kāi)展定值整定和復(fù)核具有重要意義。

1 煤礦系統(tǒng)中存在的主要問(wèn)題

1.1 供電系統(tǒng)中缺乏必要的監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)前，在煤礦供電系統(tǒng)中，大部分煤礦都不會(huì)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的控制，因此不能及時(shí)掌握供電系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，使電力系統(tǒng)不能正常開(kāi)展工作，影響供電系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)和維修工作，最終導(dǎo)致電力事故頻發(fā)。如果在供電系統(tǒng)產(chǎn)生故障或者事故后再進(jìn)行應(yīng)急處理和搶修工作，不僅會(huì)使整個(gè)處理更加復(fù)雜，而且需要投入更多的人力、物力和財(cái)力，還可能威脅生產(chǎn)和系統(tǒng)的整體安全性。

1.2 越級(jí)跳閘情況頻發(fā)

煤礦井下往往會(huì)選擇比實(shí)際需求量更大的電纜容量來(lái)適應(yīng)符合增長(zhǎng)的基本需求。上、下級(jí)變電所之間的整體距離有數(shù)百米甚至幾千米，因此在實(shí)際操作過(guò)程中很難實(shí)現(xiàn)兩段甚至三段的過(guò)流保護(hù)，從而無(wú)法保證線路在短路時(shí)不會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況。當(dāng)線路末端短路時(shí)，電流值會(huì)超過(guò)上級(jí)開(kāi)關(guān)在短路電流上設(shè)置的數(shù)值，發(fā)生越級(jí)跳閘，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生多級(jí)越級(jí)跳閘。此外，地面上設(shè)置變電站也會(huì)產(chǎn)生越級(jí)跳閘的情況，最終產(chǎn)生大面積停電，也可能導(dǎo)致礦井里產(chǎn)生大面積停電[1]。

1.3 因瞬時(shí)施壓跳閘導(dǎo)致大面積停電

供電系統(tǒng)中很大一部分設(shè)備是外露的，一旦遇到雷電天氣，有可能導(dǎo)致母線產(chǎn)生瞬時(shí)失壓的狀況出現(xiàn)，從而導(dǎo)致在母線上連接的開(kāi)關(guān)出現(xiàn)跳閘，使得電路停電。但是，失壓的情況持續(xù)時(shí)間較短，本身對(duì)于電路和電力設(shè)備造成的損失和整體影響相對(duì)有限。在井下如果因?yàn)樗矔r(shí)失壓導(dǎo)致開(kāi)關(guān)跳閘，有可能會(huì)使諸多電器停止工作。要想重新恢復(fù)需要逐個(gè)合閘，所需時(shí)間較長(zhǎng)，且會(huì)給整個(gè)井下工作造成嚴(yán)重影響。此外，如果電器長(zhǎng)時(shí)間不能工作，可能會(huì)導(dǎo)致瓦斯聚集，影響整個(gè)礦井的安全。

1.4 供電系統(tǒng)的整體容量和礦井容電量不匹配

礦井的開(kāi)采需要逐步往前。在礦井開(kāi)采過(guò)程中，供電網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著礦井的往前延伸而逐步延長(zhǎng)。因此，整個(gè)電路所需要負(fù)載的電氣數(shù)量會(huì)進(jìn)一步加大，整個(gè)電力系統(tǒng)中的總裝機(jī)容量也會(huì)不斷擴(kuò)大。要想更好地適應(yīng)整體負(fù)荷的增長(zhǎng)，在進(jìn)行礦井電力設(shè)備選擇時(shí)，選擇比實(shí)際需求更大的設(shè)備。例如，部分磁力啟動(dòng)器和開(kāi)關(guān)接負(fù)載電流為幾安、十幾安，而開(kāi)關(guān)的額定電網(wǎng)往往能夠達(dá)到數(shù)百安，因此電流預(yù)測(cè)會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定情況，不能準(zhǔn)確設(shè)定用電量，導(dǎo)致其不能達(dá)到應(yīng)有的保護(hù)。由于電動(dòng)機(jī)和變壓器的容量較大且整體復(fù)雜，功率因數(shù)相對(duì)較低，因此會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的效率較低且損耗較大[2]。

1.5 開(kāi)關(guān)智能保護(hù)裝置設(shè)定和漏電選線問(wèn)題

當(dāng)前，關(guān)于供電保護(hù)器的試驗(yàn)研究投入不斷加大，促使供電保護(hù)器的整體發(fā)展日新月異。但是，國(guó)家關(guān)于智能供電保護(hù)器依然沒(méi)有制定相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，智能保護(hù)器依然沿用普通繼電器的基本標(biāo)準(zhǔn)。因此，煤礦必須要依據(jù)自身的基本狀況解決相關(guān)問(wèn)題，供電系統(tǒng)的相關(guān)整定參數(shù)值也要依據(jù)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

電網(wǎng)線路在結(jié)構(gòu)上相對(duì)復(fù)雜，在開(kāi)展零序電流計(jì)算過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。當(dāng)前，市場(chǎng)上的漏電保護(hù)器品類(lèi)繁多，在進(jìn)行零序電流確定前，整體操作的難度明顯較大，且在選線上可能會(huì)產(chǎn)生諸多不確定因素，從而可能導(dǎo)致錯(cuò)誤動(dòng)作甚至不動(dòng)作的現(xiàn)象發(fā)生。

2 電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的整體應(yīng)用

2.1 提升煤礦系統(tǒng)的安全性

通過(guò)應(yīng)用電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘，能夠?qū)⒁酝鹿屎蟮纳坪筇幚磙D(zhuǎn)變?yōu)殡娏收袭a(chǎn)生前將隱患消除，并且開(kāi)展自動(dòng)保護(hù)工作，最終達(dá)到提升整個(gè)電力系統(tǒng)安全性的目的。通過(guò)應(yīng)用電力監(jiān)控和越級(jí)跳閘系統(tǒng)，能夠分析和記錄煤礦電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地顯示每一條電路中的電流、電壓、零序電流、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，從而更加客觀地評(píng)估整個(gè)供電系統(tǒng)的安全性。此外，一旦出現(xiàn)故障可以及時(shí)報(bào)警，并且及時(shí)產(chǎn)生跳閘保護(hù)，最終避免事故的發(fā)生。煤礦供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 煤礦供電系統(tǒng)

2.2 提升煤礦電力系統(tǒng)的安全性

通過(guò)應(yīng)用電力系統(tǒng)和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，能夠記錄整個(gè)煤礦供電系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且將其顯示在監(jiān)控主機(jī)上。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)參數(shù)值進(jìn)行必要的分析和記錄，能夠及時(shí)進(jìn)行保護(hù)值的整定，通過(guò)消除整定值偏差，從而更好地保護(hù)煤礦供電系統(tǒng)，提升供電系統(tǒng)整體的安全性。通過(guò)應(yīng)用防越級(jí)跳閘中的專(zhuān)用模塊和瞬時(shí)失壓專(zhuān)用保護(hù)模塊，供電系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)失壓和越級(jí)跳閘，從而避免了大面積停電事故的發(fā)生[3]。

通過(guò)應(yīng)用煤礦電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘，能夠?qū)φ麄€(gè)煤礦電力系統(tǒng)負(fù)載、線路故障以及整體運(yùn)行情況進(jìn)行客觀記錄，從而便于值班人員更好地開(kāi)展電力調(diào)度、負(fù)荷分配以及突發(fā)事件處理等相關(guān)工作，最終解決人工值守管理模式的相關(guān)弊端。

2.3 提升電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的整體便利性，降低電氣設(shè)備損壞率

在煤礦電力系統(tǒng)中加入電力監(jiān)控和越級(jí)跳閘，能夠更加方便地監(jiān)控煤礦電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、曲線、電力系統(tǒng)工作記錄等，并且能夠進(jìn)行故障識(shí)別和記錄，方便工作人員及時(shí)了解電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)。一旦在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)異常狀況，能夠及時(shí)開(kāi)展相關(guān)處理工作，盡量避免出現(xiàn)大規(guī)模且影響較大的供電系統(tǒng)故障，從而減少故障帶來(lái)的損失。

通過(guò)在井下應(yīng)用電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，能夠?qū)旅恳粭l線路工作的時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)顯示和記錄，同時(shí)能夠監(jiān)控用電系統(tǒng)的整體用電量、負(fù)荷、電器工作時(shí)間等數(shù)據(jù)并生成報(bào)表，從而給管理機(jī)構(gòu)的管理和考核提供更大便利。

2.4 為能源節(jié)約和降低消耗提供必要依據(jù)

電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)本身具有進(jìn)行電路電壓顯示和記錄的功能，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)功率因數(shù)、無(wú)功負(fù)荷、有功負(fù)荷、電流以及電壓等相關(guān)電力參數(shù)，最終為井下的無(wú)功功率補(bǔ)償、線路擴(kuò)改、井下電路負(fù)荷分配和節(jié)能降耗等相關(guān)工作提供數(shù)據(jù)支撐。

電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠系統(tǒng)地進(jìn)行送電和停路等相關(guān)操作，并且能夠集中遙控調(diào)整電氣設(shè)備的相關(guān)設(shè)定，使得整個(gè)操作更加準(zhǔn)確和及時(shí)，避免產(chǎn)生相關(guān)的錯(cuò)誤。相關(guān)工作人員需要定期進(jìn)行巡視，并且對(duì)電氣設(shè)備開(kāi)展維護(hù)和檢查工作。

3 結(jié) 論

通過(guò)在煤礦中運(yùn)用電力監(jiān)控和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，能夠提升整個(gè)煤礦用電系統(tǒng)的合理性、安全性和可靠性，對(duì)系統(tǒng)中電力設(shè)備安全維護(hù)和管理工作也具有十分重要的意義，降低設(shè)備使用過(guò)程中故障的發(fā)生率，從而降低電氣設(shè)備整體的維護(hù)費(fèi)用，為整個(gè)電氣系統(tǒng)的節(jié)能減排提供有效的技術(shù)支持。