司馬煤業(yè)井下防越級(jí)跳閘防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

古 偉

（司馬煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

司馬煤業(yè)井下供電網(wǎng)絡(luò)布置分散度高，隨著各種類型的大型用電設(shè)備的不斷投入應(yīng)用，供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載大，逐漸暴露出無(wú)法進(jìn)行高壓開(kāi)關(guān)絕緣監(jiān)測(cè)、無(wú)法實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘、無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)測(cè)及定位等功能，井下變電所需要安排專門的人員進(jìn)行電網(wǎng)工作狀態(tài)巡查，不僅效率低而且可靠性差，無(wú)法滿足井下信息化、無(wú)人化的供電需求。

結(jié)合司馬煤業(yè)的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)了一種防越級(jí)跳閘智能防護(hù)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有信息化和智能化管控能力，能夠自動(dòng)對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生故障后能夠自動(dòng)對(duì)故障進(jìn)行定位、故障隔離，還能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)給出故障處理方案，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)恢復(fù)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，新的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)將井下故障率降低3.7%，將故障定位和排除時(shí)間降低93.2%，對(duì)提高司馬煤業(yè)的供電可靠性具有十分重大的價(jià)值。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在司馬煤業(yè)投入了使用。

1 防越級(jí)跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案

根據(jù)司馬煤業(yè)井下的時(shí)間情況及供電需求，該防越級(jí)跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)采用了全智能控制模式，需要滿足對(duì)井下二采區(qū)兩個(gè)變電所供電系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控和調(diào)整。該防越級(jí)跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案如圖1[1]。

圖1 司馬煤業(yè)智能監(jiān)控體系

由圖1 可知，該系統(tǒng)主要包括地面監(jiān)控中心、工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及變電所防越級(jí)跳閘系統(tǒng)三個(gè)部分[2]。地面監(jiān)控中心主要由主機(jī)和系統(tǒng)部分組成，主要用來(lái)匯集地面及各監(jiān)控分站上傳的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行匯總分析。系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)利用工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)完成和各監(jiān)測(cè)分站的數(shù)據(jù)交換和通信，滿足對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的智能化管控。

工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，主要是為了保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息傳遞的靈敏性和抗干擾性，自主組成光纖環(huán)網(wǎng)，把各變電所安裝的KJ360-F 型監(jiān)測(cè)分站接入通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)井上監(jiān)測(cè)中心對(duì)煤礦井下所有供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

變電所防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，主要由2 臺(tái)入井電纜的開(kāi)關(guān)柜各并接一臺(tái)ZBT-11C 型保護(hù)器、一臺(tái)KJF81-F 礦用電力監(jiān)控單元構(gòu)成，通過(guò)搭建光纖防越級(jí)跳閘通道，將ZBT-11C 型保護(hù)器的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量控制信號(hào)進(jìn)行傳送，實(shí)現(xiàn)對(duì)司馬煤業(yè)供電系統(tǒng)的防越級(jí)跳閘保護(hù)。

2 采區(qū)內(nèi)變電所智能控制方案

采區(qū)內(nèi)的變電所智能控制系統(tǒng)主要包括防越級(jí)跳閘控制系統(tǒng)、低壓供電電網(wǎng)系統(tǒng)及工業(yè)視頻系統(tǒng)[3]，用于滿足二采區(qū)內(nèi)供電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的智能監(jiān)測(cè)。

采區(qū)內(nèi)防越級(jí)跳閘控制系統(tǒng)建設(shè)。在變電所設(shè)置1 臺(tái)KJ360-F 型電力監(jiān)控單元，變電所的20 臺(tái)防爆開(kāi)關(guān)各安裝1 臺(tái)具備防越級(jí)跳閘及漏電保護(hù)能力的ZBT-11C 型保護(hù)器。ZBT-11C 型保護(hù)裝置以RS485/CAN 方式接入KJ360-F 電力監(jiān)控單元內(nèi)，通過(guò)搭建光纖防越級(jí)跳閘通道，將ZBT-11C 型保護(hù)器的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量控制信號(hào)進(jìn)行傳送。KJ360-F型電力監(jiān)控分站主要是利用鋪設(shè)的光纖數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來(lái)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。

采區(qū)內(nèi)低壓供電電網(wǎng)建設(shè)主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸控制[4]。將變電所10 臺(tái)低壓饋電開(kāi)關(guān)更換為DYZB-01 型保護(hù)裝置、照明綜保綜合保護(hù)器在有通訊接口并且能夠提供通訊規(guī)約的情況下，通過(guò)RS485 通訊接口接入KJ360-F 型監(jiān)控單元，實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控中心對(duì)變電所用電設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)控。

采區(qū)內(nèi)的工業(yè)視頻用于對(duì)變電所進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在變電所內(nèi)安裝2 臺(tái)KBA12Q 礦用本安型視頻監(jiān)控設(shè)備，接入本室KJ360-F 型監(jiān)控單元內(nèi)置的數(shù)據(jù)交換機(jī)，滿足井下遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)需求。

3 防越級(jí)跳閘機(jī)理

由于井下供電線路復(fù)雜、各支線線路短，防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的核心在于能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和防越級(jí)跳閘保護(hù)。該系統(tǒng)采用了GOOSE 通訊判別邏輯，具有識(shí)別率高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，其整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 防越級(jí)跳閘控制原理

由圖2 可知，當(dāng)井下供電系統(tǒng)發(fā)生短路事故時(shí)，保護(hù)裝置首先對(duì)故障位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后啟動(dòng)閉鎖元件，同時(shí)將閉鎖信號(hào)發(fā)送到上級(jí)保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)接收到信號(hào)后則啟動(dòng)閉鎖保護(hù)裝置，并等待下側(cè)保護(hù)裝置的解鎖信號(hào)，若系統(tǒng)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到故障的閉鎖信息，則保護(hù)裝置瞬時(shí)跳閘并解除故障。

系統(tǒng)短路保護(hù)動(dòng)作后，保護(hù)系統(tǒng)將啟動(dòng)斷路器拒動(dòng)判斷，若系統(tǒng)故障被及時(shí)修復(fù)則系統(tǒng)發(fā)出故障解除信號(hào)并傳達(dá)到正向結(jié)點(diǎn)，如果系統(tǒng)的故障一直存在則會(huì)發(fā)送斷路器失效信息給上游的保護(hù)系統(tǒng)，啟動(dòng)更進(jìn)一級(jí)的保護(hù)，確保電路安全性。

4 防越級(jí)跳閘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

自該防越級(jí)跳閘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立以來(lái)，對(duì)司馬煤業(yè)井下的供電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)對(duì)去年同期數(shù)據(jù)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后煤礦井下故障率降低了93.7%，同時(shí)能夠?qū)⒐收隙ㄎ缓团懦龝r(shí)間降低93.2%，顯著地提升了司馬煤業(yè)井下的供電安全性。優(yōu)化前后的供電故障數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 司馬煤業(yè)優(yōu)化前后供電數(shù)據(jù)對(duì)比

5 結(jié)論

針對(duì)司馬煤業(yè)井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，提出了一種新的防越級(jí)跳閘智能防護(hù)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)對(duì)井下電網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生故障后能夠自動(dòng)進(jìn)行定位、隔離，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

（1）防越級(jí)跳閘及監(jiān)控系統(tǒng)采用了全智能控制模式，包括地面監(jiān)控中心、工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及變電所防越級(jí)跳閘系統(tǒng)三個(gè)部分，能夠滿足對(duì)井下二采區(qū)兩個(gè)變電所供電系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控和調(diào)整需求；

（2）采區(qū)內(nèi)的變電所智能控制系統(tǒng)包括防越級(jí)跳閘控制系統(tǒng)、低壓供電電網(wǎng)系統(tǒng)及工業(yè)視頻系統(tǒng)，主要滿足采區(qū)小范圍內(nèi)供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的智能監(jiān)測(cè)；

（3）優(yōu)化后煤礦井下故障率降低了93.7%，故障定位和排除時(shí)間降低93.2%，顯著地提升了司馬煤業(yè)井下的供電安全性。