煤礦變電所高壓配電裝置技術改造

顏晶晶

淄博王莊煤礦有限公司 山東淄博 255400

1 方案設計

1.1 方案內容

1.1.1 斷路器在線監測

根據國內外多年的研究經驗，斷路器在線監測的內容有：①合、分閘線圈回路；②合、分閘線圈電流；③合、分閘時間；④合、分閘狀態；⑤合閘彈簧狀態。它旨在不影響設備正常運行的情況下，通過各種方法對斷路器的機構、電路等進行監測和評估，實時了解設備的運行狀態，捕捉異常征兆，并對故障部位、故障發生頻次及發展趨勢做出分析判斷。

1.1.2 溫度在線監測

現有井下配電裝置主線路為高壓帶電體，沒有溫度在線監測功能。本項目研究無線溫度傳感器的工作原理和實現方法，以及溫度異常保護方法。使無線溫度傳感器測溫點與高壓帶電被測點直接接觸，準確報告運行中高壓帶電體手車觸臂易發熱部位溫度，超過閥值預警[1]。

1.1.3 手車遠程控制

主要對斷路器手車進出機構和伺服電機控制保護原理進行研究。原有手車通過人工操作，從觀察窗觀察手車是否插入到位。自動控制原理是通過電機控制模塊控制伺服電機的正反轉，推動機構使手車進出，同時克服手車插入或退出瞬間強大阻力；另外如不具備電動條件時，如何確保手動仍然有效。

1.2 技術實現方案

系統采用集散型分布控制處理結構。主控模塊、電機監控模塊、溫度檢測模塊通過RS485組成有機的系統。每個模塊均有自診斷功能并通過局域網實現互診斷功能。

控制系統由主控制器、電機控制器和溫度接收器組成。主控制器核心采用電機數字化控制專用數字信號處理器（DSP），通過RS485組成全分布控制處理的系統，并實現互診斷功能。主控制器接受按鈕合分閘、手車進出、參數查詢等操作指令，采集三相電壓、兩相電流、線路絕緣/回路電阻、斷路器合閘線圈電流、分閘線圈電流、零序電壓和零序電流等信號，同時可通過RS485或以太網通訊口組成網絡，接收上位機合分閘、手車進出等控制命令。主控制器處理后的數據和故障信息送入顯示器，供用戶查詢[2]。

1.2.1 斷路器在線監測

主控制器采樣斷路器合閘和分閘線圈電流，經過信號隔離傳感器相應輸出0-1V差分信號，經過儀表放大器和電壓跟隨輸出給單片機，單片機經過AD采樣模塊，每周期采樣128點并經過離散FFT計算，算出基波幅值和相位，進而計算有效值和諧波分量。主控制器同時監測斷路器輔助觸點，發出合分閘指令后，計算斷路器的合分閘時間、合分閘線圈電流、電壓，超過設定閥值，發出跳閘指令，同時將故障信號和數據發送給顯示屏，用作顯示和報警。

1.2.2 溫度在線監測

采用無線溫度傳感器和無線接收器組成溫度在線監測系統，利用zigbee技術傳遞溫度信息，實現了采集器和被采集對象高壓導電體等電位，安全可靠。在隔離插頭與斷路器輸入輸出端的連接處安裝無線溫度傳感器。無線溫度傳感器是由溫度傳感器、信號調制放大、邏輯控制電路、無線調制接口等組成，內部電路由可拆卸電池供電，可持續供電半年以上。傳感器將采集到的溫度信號通過無線網絡發送到溫度接收器，溫度接收器將溫度值通過通信傳輸至電機控制器，主控制器分析判斷溫度絕對值和單位時間內溫升變化，發出預警信息。系統通過人機界面將測溫點、接點溫度運行參數、預告警信息、歷史參數等通過文字、曲線等形式直觀顯示，提最直接可靠的數據，消除隱患，最大限度的減少事故[3]。

1.2.3 手車遠程控制

在手車原有手動操作機構基礎上，增加伺服電機（含減速機）、電磁離合器及電機控制器，使手車具有電動、遠程控制功能。電機控制器采樣伺服電機電流、手車位置狀態，接收到主控制器手車推進指令，判斷手車未在合閘位則進行推進控制，離合器控制點閉合使其連接，伺服電機正轉控制點閉合，電機得電帶動手車徐徐推進，到達位置后控制器電機和離合器控制點自動斷開。因手車隔離插銷與插座之間摩擦阻力較大，電機易發生過載、堵轉故障，控制器通過電機電流監測發現過載、堵轉后，自動轉換為點動模式，直到移動到位。斷路器在合閘狀態下，主控制器即使接收到上位機或本地手車移動指令，也不會向電機控制器發出控制指令。

1.3 應用效果

本項目研制的新型高壓配電裝置在某煤礦進行工業性試行，裝置能監測斷路器控制回路、主要監測點溫度數據顯示及保護，達到了項目預期目標。手車電動控制機構，首次應用于國內煤礦井下高壓配電裝置，同時具備斷路器合分閘、故障復位、參數整定的遠控功能，為井下變電所無人化值守做出積極的探索，填補國內同類產品技術空白。

2 高壓配電改造原理

2.1 速斷保護原理

速斷保護是為了防止保護裝置在較大電流靠近線路端口附近時保護動作延時，而使用通過提高整定值來限制保護裝置動作范圍的方法，避免保護時限過長。但是速斷保護的動作是按照電流短路時的最大運行方式設置的，因此保護的線路較短，而且受到系統運行方式的影響，無法保護整體線路。對速斷保護進行技術改造能夠防止配電變壓器產生過大電流，造成速斷保護的動作失誤。

2.2 定時限過電流保護原理

定時限過電流保護是為了保證過限電流保護動作的效率，而對保護動作的時間進行相應的調整，使相鄰保護動作的使用時間按照自負荷向電源方向逐漸延長。定時限過電流保護能夠有效保證保護動作的選擇性，從而避免保護裝置產生失誤或者無效動作，保證高壓配電裝置的運行安全。

3 結語

煤礦變電所和高壓配電裝置存在諸多問題，為提高配電裝置系統的運行效率與可靠性，為煤礦的供電提供更加穩定和安全的生產環境，在創造企業更大的經濟效益的同時保障煤礦員工的生命財產安全，對煤礦變電所高壓配電裝置進行合理的技術改造是非常有必要的。