陽坡泉煤礦防越級跳閘系統設計

袁小浩，宋慶民

(北京天地華泰礦業管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

供電系統是礦井安全生產的基礎環節，供電系統自動化設備保護的全面性、信息的可靠性、操作流程的安全性等方面的高低，是煤礦保障安全生產能力的體現，反映礦井快速處理故障和突發事件的能力；礦井電力監控管理系統是消除煤礦供電重大事故，解決煤礦供電越級跳閘，實現安全供電、合理用電、節能降耗、精細化管理的必備裝備[1]。

應用于陽坡泉煤礦的防越級跳閘系統，為及時發現故障隱患、保障可靠供電、消除煤礦越級跳閘大面積停電事故、提升煤礦供電裝備可靠性，減人提效、節能降耗、提高煤礦供電管理水平、實現煤礦供電自動化監控管理發揮著重要作用。系統采用獨創的智能網絡繼電保護技術和綜合防越級跳閘技術，全面解決短路、失壓、電壓波動、互感器飽和、電磁干擾、漏電、開關拒動、誤動、誤操作等原因造成的越級跳閘，實現供電系統的全面保護，而不是傳統地解決僅僅短路和失壓越級跳閘。

系統設計采取系列安全供電閉鎖設施，完善的操作工作票、操作向導、程序防誤閉鎖，安全預案操作，現場開關停送電密碼閉鎖和電子掛牌、遠程操控閉鎖和電子掛牌等安全閉鎖功能，真正的硬件智能閉鎖，就地、遠程均可設置，從各環節保障安全供電。

系統構成簡捷可靠，可直接接入礦井自動化網絡平臺，也可建立專用的通信網絡，保障防越級跳閘系統的可靠性，可兼容其他設備監控系統，實現機電設備與供電系統的一體化監控管理。系統建設和改造容易，開關只需將現有綜合保護器更換為智能監控保護器接入監控網絡即可，現場設備網絡使用普通礦用通信線纜，維護容易，不改變防爆開關電纜引入結構，不需要特殊專用工具，適應煤礦現場維護維修，降低了環境要求和技術要求[2]。

1 系統現狀

陽坡泉煤礦井下主要有3個變電所：中央變電所、南翼采區變電所、西翼采區變電所。目前未建立供電設備的集中監測監控系統，不能夠集中遠程進行停電送電及供電系統管理，并且高壓防爆開關內部自身供電，無內置后備保護電源，雨季期打雷或者電纜短路造成電網電壓波動，造成井下防爆高壓開關失壓脫扣器跳閘大面積停電，而且當開關電源側停電時，開關保護器顯示器也斷電黑屏，現場人員無法在需要檢查故障時查看開關數據、動作事件和故障保護情況[3]。

由于井下供電線路比較短，線路首末端電流值相差小，短路保護定值很難整定，會導致短路過流引起的越級跳閘情況時有發生，給煤礦造成較大的安全隱患和經濟損失。因此，根據以上情況，設計一套適合陽坡泉煤礦的防越級跳閘系統非常有必要。

2 系統建設目標

采用網絡智能防越級跳閘繼電保護技術和具有防越級跳閘功能的智能監控保護器，實現井下供電系統防止越級跳閘功能。在地面監控中心實現井下中央變電所、南翼采區變電所、西翼采區變電所、西翼水泵房電力系統的數據采集、運行狀態監視、遠程集中控制，存儲、查詢和統計整個系統的運行數據、運行記錄、故障報警記錄信息，實現故障、預警聲音報警，報表打印、系統連接局域網功能。實現中央變電所、南翼采區變電所、西翼采區變電所、西翼水泵房的高低壓開關、移變、照明綜保的在線監測、監控功能。實現供電監控系統全礦聯網共享，通過礦井網絡平臺連接調度中心、供電隊、機電科、機電副總、機電礦長等相關辦公室計算機，通過不同授權方式實現調度中心、礦領導、業務科室、供電區隊對電力監控管理系統的共享。

3 系統實施方案

3.1 地面監控中心

在礦方調度中心建立電力監控中心，安裝由電力監控服務器組成的監控系統專業軟件，該軟件具備強大的數據統計和專業供電系統監測、控制、管理功能，可實現整個電力系統的數據采集、運行狀態監視、遠程集中控制，存儲、查詢和統計整個系統的運行數據、運行記錄、故障報警記錄信息，實現遠程監視設備運行情況、遠程操作控制井下設備的運行和試驗，實現故障、預警聲音報警，報表打印、系統連接局域網等功能[4]。

3.2 通信網絡

陽坡泉煤礦已建立礦井環網平臺，地面調度中心、井下中央變電所、南翼采區變電所、西翼采區變電所安裝有網絡交換機，系統利用現有網絡，實現與地面監控中心通信，如圖1所示。

圖1 陽坡泉煤礦井上下供電系統示意Fig.1 Schematic diagram of up and down power supply system of Yangpoquan Coal Mine

井下各變電所設備見表1。

表1 陽坡泉煤礦井下變電所設備明細

3.3 中央變電所電力監控

3.3.1 高壓開關部分

中央變電所內共有13臺電光防爆高壓開關，由于內部保護器性能達不到遠程監控的要求且不具備防止越級跳閘功能，現將其全部更換為SGZB-07A型具備防越級跳閘功能的智能監控保護器。

SGZB-07A型保護器集監測、計量、控制、保護于一體，用于供電設備、供電線路、用電負荷的全面安全保護、運行監測、計量和遠程操作控制，防止供電系統故障運行、越級跳閘、大面積停電等事故，實現事故預先監測、事前報警、分級保護、快速分析處理和電力運行管理、實時用電計量管理功能。SGZB-07A型保護器具有防越級跳閘、內置后備電源、操作安全閉鎖和電子掛牌、高精度峰谷分時計量、開關斷路器動作性能監測、開關腔內溫度監測、多種形式錄波、故障記憶閉鎖、統一校時功能[5]。

3.3.2 低壓開關部分

中央變電所內共有9臺電光防爆低壓開關，由于內部保護器性能達不到遠程監控的要求且不具備遠程漏電跳閘試驗功能，現將其更換為DZB14-K型低壓配電裝置智能監控保護器。

DZB14-K型保護器除具備基本的監測監控功能、常規保護功能外，還具有后備電源功能、電子掛牌功能、安全操作閉鎖功能、遠程漏電試驗功能、特征數據監測功能、溫度監測功能、多種形式錄波功能、故障記憶閉鎖功能、統一校時功能[6]。

3.3.3 礦用隔爆型照明信號綜合保護裝置部分

中央變電所內共有1臺電光防爆照明綜保，保護器具備通信功能，由廠家提供通信協議及點表，采用通信接入方式接入系統，實現遠程的停電、送電功能和數據監測功能。

3.3.4 監控裝置部分

在中央變電所內安裝1臺帶彩色液晶屏幕的KJ516-F1型本安型分站，把中央變電所內高、低壓開關、照明綜保接入到本安型分站內，用于數據采集、控制傳輸，分站內嵌入有防止越級跳閘功能軟件，配合SGZB-07A智能型監控保護器實現防止越級跳閘功能。可以通過彩色液晶顯示屏進行本地狀態查詢、實時數據的查詢操作。KJ516-F1本安型分站具有多路以太網電口和光口、多路數字信號通信接口，上行能夠通過網絡電口接入變電所網絡交換機內進行數據上傳，下行具有多路數字信號接口，把變電所內的高、低壓開關和照明綜保保護器通過通信電纜接入到分站內進行通信[7]。

同時安裝1臺KDW127/12B礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源(內置鋰離子后備電池)，為本安型數據傳輸分站提供后備不小于4 h的后備電源。中央變電所開關通信接線示意如圖2所示。

圖2 中央變電所開關通信接線示意Fig.2 Schematic diagram of switch communication wiring of central substation

3.4 其他場所電力監控

南翼采區變電所、西翼采區變電所和西翼水泵房均按照中央變電所設計方案進行改造。

3.5 防越級跳閘系統功能

應用于陽坡泉煤礦的防越級跳閘系統以工業以太網、GD-BUS現場總線和“零延時”傳輸技術網絡繼電保護的基礎，將輸電線路各端的保護裝置互聯成網，實現信息共享，協同保護。通過網絡，可將井下中央變電所、南翼采區變電所、西翼采區變電所任何一個地方輸電線的故障信息傳送到網絡中相關的節點進行比較，判斷出故障點位置，由保護裝置根據其對故障的位置和作用決定其保護方式，實施多級保護，從而能切除離故障點最近的線路[8]，同時，一個保護裝置本身發生故障時上級能自動代替保護，是目前最先進、最可靠的防越級跳閘技術。這種保護自動與相鄰線路的保護在動作參數上進行配合，可以實現全線速動。網絡中的保護裝置根據各自收到的保護故障信息及地址編號，自動調整各級保護的動作參數。從而實現準確快速有選擇性的切除故障線路，保證非故障線路安全可靠運行[9]。

防越級跳閘系統方案特點：系統集母差、縱差保護功能與一體，全線均具有速斷保護，適應陽坡泉煤礦多級供電系統要求，不存在速斷保護失效問題。且全線多級動態保護，后備保護、遠后備保護時間動態調整，不存在越靠近電源側后備保護時間越長的問題；具有開關故障替補功能，避免設備隱患導致的防越級跳閘功能失效，且可通過監控網絡傳輸狀況實時監測，避免設備或線路隱患導致的防越級跳閘功能失效[10]。

防越級跳閘系統不是閉鎖非直接故障開關的速斷保護，而是將非直接故障的開關速斷轉為后備保護狀態，避免給故障分析造成困惑。基于供電系統監控網絡，不需要額外增加設備，減少投資以及出現故障的環節[11]。基于保護裝置控制開關，不增加開關額外閉鎖環節，不會因為增加額外閉鎖環節給開關帶來的安全隱患。

總線傳輸介質使用導線型通信電纜，后期維護簡單、方便。對多臺開關互感器特性的一致性無嚴格要求，解決因電流互感器飽和問題帶來的防止越級失敗。

系統可自動判斷故障位置，并能對開關拒動產生的越級跳閘提供快速恢復供電方案。同時，系統采取了可靠的軟、硬件措施，確保監測中心數據安全性及監測網絡各設備的安全性[12]。

4 結語

防越級跳閘系統在煤礦供電系統中的應用，可大大提高陽坡泉煤礦供電系統運行的穩定性、安全性，保證陽坡泉煤礦的安全生產。利用智能網絡繼電保護技術，構建該煤礦供電防越級跳閘系統，該系統效率高，能準確判斷故障的類型，有效地解決礦井電力保護系統中的越級跳閘問題。