矿井电力监控及防越级跳闸系统的升级探讨

国能宁煤集团梅花井煤矿生产服务中心 宁夏 银川 751400

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引言

随着现代化矿井自动化、信息化程度的不断提升，稳定可靠的供电对煤矿的安全运行起到至关重要的作用，对煤矿电力系统实施监控成为保障其安全生产的必然要求[1-2]。由于梅花井煤矿部分设备老化，短路过流故障时有发生，导致矿区内电力监控网可靠性差，且系统自动化程度不高，未能及时防止越级跳闸事件的发生。因此，我矿提出一种新的监测方案，采用MPR304S(A)数字式矿用综合保护装置，吸收并借鉴了地面智能变电站综合自动化装置成熟的软硬件技术，集成继电保护、在线监测、综合测控及数据通信等功能于一体，确保煤矿安全生产，消除电力隐患[3]。

1 矿井电力系统现状

梅花井煤矿现有电力监控设备普遍存在使用年限较长、线路老化严重、装置系统更新不及时、通讯兼容性差等诸多问题，具体表现在以下几个方面：

1) 调度监控主机出现死机现象，影响对井下变电所的在线监控。

2) 井下变电所电力监控分站内主机出现重启故障，影响运行；部分高爆开关柜内防越级光纤损坏，导致该部分装置通讯中断，进而影响整体防越级系统。

3) 主通风机房及制氮机房电力监控系统，由于原保护装置通讯接口存在问题，使得与新系统不匹配、不兼容，电力监控基本处瘫痪状态。

2 电力监控系统技术优势

2.1 井下地面一体化技术

2.1.1 电力监控系统

井下地面一体化电力监控系统具有如下3点优势：

1) 基于先进网络通信技术和现场总线技术构建通信系统。

2) 利用数字化变电站标准的信息接口实现系统内所有智能设备的“互操作”和“即插即用”。

3) 地面井下变电站一体化管理的电力监控系统，实现各种电力数据管理、控制操作及继电保护信息统一管理，实现煤矿供电系统和生产设备的全面自动化监控。

2.1.2 防越级跳闸系统

井下地面一体化防越级跳闸系统具有如下2点优势：

1) 基于网络智能识别的电流保护、改进型零序导纳原理的漏电保护技术，从原理上解决了煤矿企业电网的“越级跳闸”问题。

2) 发生故障时实现故障精确定位、事故准确分析、故障快速隔离、故障快速排除、故障一键恢复，确保井下供电系统的安全可靠运行。

2.2 MPR304S(A)保护装置

2.2.1 装置概述

MPR304S(A)数字式矿用综合保护装置，采用智能零时限电流保护的方式实现辐射型配电网络中上下级继电保护的配合，可以可靠的实现故障的定位，在不牺牲继电保护装置的选择性和速动性的基础之上实现继电保护功能的合理配置；装置采用改进型零序导纳原理的漏电保护技术自动监测系统不平衡电流，动态识别故障前后系统零序导纳的变化轨迹，判定故障线路，自适应系统各种接地方式，保证装置漏电保护动作的可靠性；装置采用动态过流技术区分电机冷启动和热启动，解决系统电压降低时电机同时启动造成的总进线开关过电流跳闸问题。

2.2.2 工作原理

该保护装置的工作原理如图1所示。

图1 MPR304S(A)保护装置工作原理图

装置采集供电系统的电压、电流、弧光信号和开关、非电量保护等开入量信号，经信号变换、隔离、滤波、信号处理、AD转换等电路处理后，进入数字信号处理器（DSP），DSP的软件系统对各种采样信号进行数字滤波、傅里叶变换、数学运算和逻辑运算后，输出显示信息，提供各种保护功能，通信接口，将测控信息通过CAN总线输出。装置的所有输入和输出信号及电源均经过磁、光或继电器隔离处理。

3 技术升级改进方案

为改变上述矿井电力系统存在的不足，保障煤矿正常稳定运行，消除安全隐患，实现从根本上解决越级跳闸的问题[4]，经讨论研究提出了具有防“越级跳闸”功能的煤矿电力监控系统改进方案。

3.1 井下变电所升级改造

1) 井下各变电所的防越级保护装置均选用升级后的MPR304S(A)保护装置和防越级电流保护控制器KHL127A，前者具有在线测温功能和闪弧检测功能。防越级跳闸系统采用专用网络，各变电所间及保护装置间采用光纤通道实现信息交互，且与电力监控系统网络互不干扰。

2) 高爆开关柜需更换光纤接线柱及防越级专用光缆，并与地面变电所形成防越级系统。综保装置将通过以太网通讯方式接入到本所环网交换机后，上传至调度监控，实现四遥功能。

3) 为统计井下变电所用电量，对现有的高压综合保护器进行软件升级。通过修改保护器内部电度值计量算法、调整计算间隔、优化计算时序等方式来实现电度计量精度要求。

3.2 地面升级改造

1) 对调度室电力监控后台及主机进行全面升级更换，增加电度计量软件1套，用于井下高低压用电量统计。

2) 主通风机房、制氮机房、压风机房及主运输驱动机房内的所有开关，均更换为新保护装置，并各自增加WET9751型通讯管理机，将本机房通讯信息收集到管理机后，转出上传至调度后台，达到电力监控的信息化目的。

4 改造后成效

通过对我矿电力监控及防越级跳闸系统的技术升级改造，构建集成了矿用电站综合自动化系统，实时向监控系统传送开关的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、电度、保护装置动作信号、断路器和刀闸位置、事件顺序记录（SOE）等遥测和遥信量。能够对井下防越级系统运行情况进行在线监测与网络化传输，提高了矿井电网的自动化水平、运行效率和经济效益，为矿井电网的安全运行提供决策支持。