司马煤业井下防越级跳闸防护系统的应用研究

古 伟

（司马煤业公司，山西 长治 047100）

司马煤业井下供电网络布置分散度高，随着各种类型的大型用电设备的不断投入应用，供电网络的负载大，逐渐暴露出无法进行高压开关绝缘监测、无法实现防越级跳闸、无法实现故障监测及定位等功能，井下变电所需要安排专门的人员进行电网工作状态巡查，不仅效率低而且可靠性差，无法满足井下信息化、无人化的供电需求。

结合司马煤业的实际情况，开发了一种防越级跳闸智能防护及监测系统。该系统具有信息化和智能化管控能力，能够自动对供电网络的运行情况进行不间断监测，当发生故障后能够自动对故障进行定位、故障隔离，还能够根据数据库自动给出故障处理方案，实现故障的自动恢复。根据实际应用，新的系统能够实现将井下故障率降低3.7%，将故障定位和排除时间降低93.2%，对提高司马煤业的供电可靠性具有十分重大的价值。目前该系统已经在司马煤业投入了使用。

1 防越级跳闸及监控系统建设方案

根据司马煤业井下的时间情况及供电需求，该防越级跳闸及监控系统采用了全智能控制模式，需要满足对井下二采区两个变电所供电系统的自动监控和调整。该防越级跳闸及监控系统的整体方案如图1[1]。

图1 司马煤业智能监控体系

由图1 可知，该系统主要包括地面监控中心、工业数据通信系统及变电所防越级跳闸系统三个部分[2]。地面监控中心主要由主机和系统部分组成，主要用来汇集地面及各监控分站上传的信号，对其进行汇总分析。系统的监控主机利用工业数据传输网络完成和各监测分站的数据交换和通信，满足对整个供电系统运行状态的智能化管控。

工业数据通信系统，主要是为了保证监控数据信息传递的灵敏性和抗干扰性，自主组成光纤环网，把各变电所安装的KJ360-F 型监测分站接入通信网络，实现井上监测中心对煤矿井下所有供电设备运行状态的远程监测。

变电所防越级跳闸系统，主要由2 台入井电缆的开关柜各并接一台ZBT-11C 型保护器、一台KJF81-F 矿用电力监控单元构成，通过搭建光纤防越级跳闸通道，将ZBT-11C 型保护器的信息转换为数字量控制信号进行传送，实现对司马煤业供电系统的防越级跳闸保护。

2 采区内变电所智能控制方案

采区内的变电所智能控制系统主要包括防越级跳闸控制系统、低压供电电网系统及工业视频系统[3]，用于满足二采区内供电网络状态的智能监测。

采区内防越级跳闸控制系统建设。在变电所设置1 台KJ360-F 型电力监控单元，变电所的20 台防爆开关各安装1 台具备防越级跳闸及漏电保护能力的ZBT-11C 型保护器。ZBT-11C 型保护装置以RS485/CAN 方式接入KJ360-F 电力监控单元内，通过搭建光纤防越级跳闸通道，将ZBT-11C 型保护器的信息转换为数字量控制信号进行传送。KJ360-F型电力监控分站主要是利用铺设的光纤数据通信系统来对各个监测点进行全面的监测和远程控制。

采区内低压供电电网建设主要用于实现数据的远程传输控制[4]。将变电所10 台低压馈电开关更换为DYZB-01 型保护装置、照明综保综合保护器在有通讯接口并且能够提供通讯规约的情况下，通过RS485 通讯接口接入KJ360-F 型监控单元，实现地面监控中心对变电所用电设备的远程调控。

采区内的工业视频用于对变电所进行监测。在变电所内安装2 台KBA12Q 矿用本安型视频监控设备，接入本室KJ360-F 型监控单元内置的数据交换机，满足井下远程视频监测需求。

3 防越级跳闸机理

由于井下供电线路复杂、各支线线路短，防越级跳闸保护系统的核心在于能够快速、准确地对故障进行识别和防越级跳闸保护。该系统采用了GOOSE 通讯判别逻辑，具有识别率高、可靠性好的优点，其整体结构如图2 所示。

图2 防越级跳闸控制原理

由图2 可知，当井下供电系统发生短路事故时，保护装置首先对故障位置进行监测，然后启动闭锁元件，同时将闭锁信号发送到上级保护系统。系统接收到信号后则启动闭锁保护装置，并等待下侧保护装置的解锁信号，若系统在设定的时间内没有接收到故障的闭锁信息，则保护装置瞬时跳闸并解除故障。

系统短路保护动作后，保护系统将启动断路器拒动判断，若系统故障被及时修复则系统发出故障解除信号并传达到正向结点，如果系统的故障一直存在则会发送断路器失效信息给上游的保护系统，启动更进一级的保护，确保电路安全性。

4 防越级跳闸监测系统应用

自该防越级跳闸监测系统建立以来，对司马煤业井下的供电状态进行实时监测，根据对去年同期数据的对比分析发现，优化后煤矿井下故障率降低了93.7%，同时能够将故障定位和排除时间降低93.2%，显著地提升了司马煤业井下的供电安全性。优化前后的供电故障数据对比见表1。

表1 司马煤业优化前后供电数据对比

5 结论

针对司马煤业井下供电网络监测，提出了一种新的防越级跳闸智能防护及监测系统，能够自动对井下电网的运行情况进行不间断监测，当发生故障后能够自动进行定位、隔离，根据实际应用表明：

（1）防越级跳闸及监控系统采用了全智能控制模式，包括地面监控中心、工业数据通信系统及变电所防越级跳闸系统三个部分，能够满足对井下二采区两个变电所供电系统的自动监控和调整需求；

（2）采区内的变电所智能控制系统包括防越级跳闸控制系统、低压供电电网系统及工业视频系统，主要满足采区小范围内供电网络运行情况的智能监测；

（3）优化后煤矿井下故障率降低了93.7%，故障定位和排除时间降低93.2%，显著地提升了司马煤业井下的供电安全性。