陽城礦井上下各級變電所監控系統的研究及應用

張 剛 夏亮亮 連 濤

（山東濟礦魯能煤電有限公司陽城煤礦，山東 汶上 272502 ）

1 前言

根據《煤礦安全規程》（2016 版）第440 條規定：嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器直接向井下供電。陽城煤礦井上主變壓器為中性點經消弧線圈接地的小電流接地系統。小電流接地系統在發生單相接地后，需要人工靠經驗逐條拉開變電站某條線路，哪條線路切斷后，電壓恢復正常，這條線路就是故障線路。但是，排除故障時間較長，相接地故障將引起非故障相電壓升高，有可能導致非故障相絕緣擊穿造成故障擴大，嚴重影響陽城煤礦供電安全。

陽城煤礦井上110kV 變電所GIS 室采用ZF10-126/T 型SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備。在電弧作用、電暈、火花放電和局部放電、高溫等因素影響下，SF6氣體會進行分解，分解物遇到水分后變成腐蝕性電解質，有些高毒性分解物會引起頭暈和肺水腫，甚至致人死亡，嚴重影響變電所巡檢人員的人身安全。

陽城煤礦110kV 供電電源分別來自110kV 中陽線和110kV 梁陽線，其中一路在用，一路處于熱備用狀態。如果備用線路因線路異常發生掉電，而上級電網調度中心不及時通知，則會造成該礦單電源運行。

2 礦井上下各級變電所監控系統組成及原理

2.1 小電流接地選線檢測系統選線功能及原理

PCS-9657D 型接地選線裝置用于電力系統中性點不接地或中性點經消弧線圈接地系統的單相接地選線，用于供電系統線路和母線單相接地故障報警或線路接地保護跳閘。在地面110kV 變電所、-650m井下中央變電所分別設置一套。監控主界面能夠實時監視22 條線路的零序電流、4 段母線的零序電壓，如圖1 所示。

PCS-9657D 型小電流接地選線裝置，采用暫態法與穩態法相結合的選線方法，以暫態法為主，穩態法為輔。主要選線方法有：暫態比相法、暫態功率方向法、暫態比幅法、零序過流方向法。

（1）暫態比相法

提取暫態幅值最大頻段的暫態信號進行相位比較，選出相位與其他線路不同的線路即為故障線路。

（2）暫態功率方向法

發生單相接地時，故障線路暫態功率方向為反向，非故障線路電流及電壓暫態功率方向為正向。利用小波法提取各線路的暫態分量進行暫態功率計算，反向的線路即故障線路。

（3）暫態比幅法

發生單相接地故障時，故障線路暫態分量幅值遠大于非故障線路分量。當3U0 大于整定值時開始工作，等待采樣數據滿故障后一個周波，利用小波法提取各線路的暫態分量進行幅值比較，選出幅值最大的線路即故障線路。

當出現接地故障時，暫態比相法作為主選線法動作跳閘，切斷故障線路，比幅及功率方向法作為輔助選線法不出口跳閘。

（4）零序電流方向法

該套裝置具有44 條線路的零序過流保護，用于反映系統接地故障。當出現接地故障，根據零序過流的定值經方向閉鎖后，保護裝置出口跳閘，從而切掉故障線路。

圖1 PCS-9657D 裝置監控主界面

2.2 COP138 SF6 泄漏報警監測系統

COP138 SF6泄漏在線監測報警系統是根據《電業安全工作規程》規定，為安裝有SF6設備的配電裝置室的工作人員提供人身健康安全保護而設計、開發的智能型在線SF6泄漏監測報警系統。

2.2.1 COP138 型SF6泄漏報警監測系統的組成

在110kV 變 電 所 配 置10 個ZHSC-SQ168 型SF6氣體變送器，6 個ZHSC-W.S968 型溫、濕度變送器，2 個SNS-341 型紅外探測器、3 個ZK 型人員終端控制器、1 個風機控制器及一臺COP138 型SF6泄漏報警監測系統主機。

2.2.2 SF6氣體檢測原理

采用負離子捕捉技術對SF6氣體濃度進行檢測取樣，在傳感器周圍通過負高壓產生一定量的負電離子，因SF6氣體對負電離子有著吸附作用，而且SF6氣體濃度大小與負電離子的數量呈反比關系。

2.2.3 系統主要功能

（1）SF6氣體濃度檢測和顯示功能

各傳感器檢測并由主機讀取和顯示GIS 室內各監測點處SF6濃度。當SF6濃度超過設定報警值1000ppm，報警并顯示“超標”，否則顯示“正常”。

（2）O2濃度檢測和顯示功能

各傳感器檢測，并由主機讀取和顯示GIS 室內各監測點處的O2濃度。當濃度低于設定報警值（出廠默認值18%）實時顯示報警值，否則正常顯示實際值（如22%）。

（3）SF6和O2濃度控制功能

SF6氣體濃度超標（≧1000ppm）或氧氣濃度低（≦19.6%）時，控制風機啟動通風直到SF6 和O2濃度恢復正常。

（4）強制通風功能

風機在停止狀態時，按下主機通風按鈕，風機會啟動15min；當風機在通風運行時，按下主機通風按鍵，風機將停止。

（5）語音提示功能

當主機開啟語言功能時，系統會在滿足規定條件時語音提示告警，提示作業人員進入GIS 室注意。

（6）聲光報警功能

當GIS 室環境中SF6、O2氣體含量超限時，會發出高頻報警聲和紅色燈光閃耀。

2.3 PCS-9700 型變電站后臺監控系統

PCS-9700 型變電站監控系統應采用模塊化、分層分布式、開放的網絡結構。PCS-9799M 總控單元收集地面變電所、地面2#堆煤變、地面3#堆煤變測控單元、保護設備及直流屏、電度表、消弧裝置、無功補償裝置等智能裝置的模擬量、數據量、開關量、脈沖量數據，并將數據傳至地面監控主機及地面生產調度室。

井下-312m 變電所、-650m 變電所測控裝置的數據通過RCS-9794A 通訊裝置、RCS-9698G 遠動通信裝置傳至地面監控主機，同時配備通訊管理機，起到規約轉換作用，進行遠動通信。

2.3.1 監控系統的主要內容

地面110kV 變電所、井下-312m 變電所、井下-650m 變電所、地面2#堆煤變、地面3#堆煤變繼電保護設備及直流屏、電度表、無功補償、小電流接地選線、消弧線圈、SF6泄漏監控等智能裝置進行遠程通信，實現“四遙”功能。如圖2 所示。

2.3.2 模擬量采集

（1）實時檢測10kV 進線側三相電流、有功功率、無功功率、功率因數。

（2）實時檢測10kV 饋出回路的三相電流、有功功率、零序電流。

（3）實時檢測各段10kV 母線電壓（三個相電壓、三個線電壓）及零序電壓。

（4）實時檢測各控制電壓、系統頻率、各斷路器及隔離開關觸頭的位置。

2.3.3 數字量采集及監視功能

（1）斷路器位置信號，過負荷保護信號，故障信號，各保護動作信號，遠動通道故障信號，系統接地信號。

（2）配合控制中心實現各種斷路器的遙控、遙信功能、變壓器的遙測、遙調功能。

（3）實時監視控制回路斷線、間隔層內各個設備及后臺系統內各子系統的工作狀態、各開關狀態變位及保護出口監視。

2.3.4 通過改造實現的功能

（1）對110kV 變電所GIS 室SF6開關的運行情況進行檢測，一旦SF6氣體出現泄漏立即報警并強制通風；

（2）PCS-9657D 型小電流接地選線系統直接并入變電所監控系統，10kV 供電系統出現單相接地故障時，不再需要人工判斷，小電流接地選線裝置采用多種原理自動進行選線，能夠快速地判斷出接地故障，大大減少電網故障運行時間；

（3）實現了對地面2#堆煤變、3#堆煤變、井下-312m 變電所、井下-650m 變電所的微機保護測控裝置的遠程集中控制；

（4）增加了后臺報警內容，增加了110kV 梁陽線和110kV 中陽線掉電報警、110kV 和10kV 母線失壓報警信號、110kV 進線和主變保護動作信號等多種報警信號；

（5）斷路器位置狀態、分合閘狀態、母線電壓等信息出現異常時，要進行聲光報警；

（6）設置了UPS 電源系統，即使全礦掉電同樣能實現對供電系統的監控并具有故障記錄；

（7）增加了對時功能，使井上下各級變電所的繼電保護的時間自動對時，便于查找跳閘故障時間。

圖2 110kV 陽城煤礦變電所后臺監控系統主界面

3 結論

PCS-9657D 型小電流接地選線檢測系統對單相接地故障實現了自動選線，COP138 SF6泄漏在線監測報警系統保證了變電站巡檢人員的人身安全，PCS-9700 型變電站后臺監控系統對各類故障都能實現實時報警或自動跳閘。通過升級改造，陽城煤礦井上下變電所后臺監控系統更加穩定，為陽城煤礦供電系統的無人值守提供了有力保障。