阳坡泉煤矿防越级跳闸系统设计

2023-02-10袁小浩宋庆民

陕西煤炭 2023年1期

袁小浩，宋庆民

(北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

供电系统是矿井安全生产的基础环节，供电系统自动化设备保护的全面性、信息的可靠性、操作流程的安全性等方面的高低，是煤矿保障安全生产能力的体现，反映矿井快速处理故障和突发事件的能力；矿井电力监控管理系统是消除煤矿供电重大事故，解决煤矿供电越级跳闸，实现安全供电、合理用电、节能降耗、精细化管理的必备装备[1]。

应用于阳坡泉煤矿的防越级跳闸系统，为及时发现故障隐患、保障可靠供电、消除煤矿越级跳闸大面积停电事故、提升煤矿供电装备可靠性，减人提效、节能降耗、提高煤矿供电管理水平、实现煤矿供电自动化监控管理发挥着重要作用。系统采用独创的智能网络继电保护技术和综合防越级跳闸技术，全面解决短路、失压、电压波动、互感器饱和、电磁干扰、漏电、开关拒动、误动、误操作等原因造成的越级跳闸，实现供电系统的全面保护，而不是传统地解决仅仅短路和失压越级跳闸。

系统设计采取系列安全供电闭锁设施，完善的操作工作票、操作向导、程序防误闭锁，安全预案操作，现场开关停送电密码闭锁和电子挂牌、远程操控闭锁和电子挂牌等安全闭锁功能，真正的硬件智能闭锁，就地、远程均可设置，从各环节保障安全供电。

系统构成简捷可靠，可直接接入矿井自动化网络平台，也可建立专用的通信网络，保障防越级跳闸系统的可靠性，可兼容其他设备监控系统，实现机电设备与供电系统的一体化监控管理。系统建设和改造容易，开关只需将现有综合保护器更换为智能监控保护器接入监控网络即可，现场设备网络使用普通矿用通信线缆，维护容易，不改变防爆开关电缆引入结构，不需要特殊专用工具，适应煤矿现场维护维修，降低了环境要求和技术要求[2]。

1 系统现状

阳坡泉煤矿井下主要有3个变电所：中央变电所、南翼采区变电所、西翼采区变电所。目前未建立供电设备的集中监测监控系统，不能够集中远程进行停电送电及供电系统管理，并且高压防爆开关内部自身供电，无内置后备保护电源，雨季期打雷或者电缆短路造成电网电压波动，造成井下防爆高压开关失压脱扣器跳闸大面积停电，而且当开关电源侧停电时，开关保护器显示器也断电黑屏，现场人员无法在需要检查故障时查看开关数据、动作事件和故障保护情况[3]。

由于井下供电线路比较短，线路首末端电流值相差小，短路保护定值很难整定，会导致短路过流引起的越级跳闸情况时有发生，给煤矿造成较大的安全隐患和经济损失。因此，根据以上情况，设计一套适合阳坡泉煤矿的防越级跳闸系统非常有必要。

2 系统建设目标

采用网络智能防越级跳闸继电保护技术和具有防越级跳闸功能的智能监控保护器，实现井下供电系统防止越级跳闸功能。在地面监控中心实现井下中央变电所、南翼采区变电所、西翼采区变电所、西翼水泵房电力系统的数据采集、运行状态监视、远程集中控制，存储、查询和统计整个系统的运行数据、运行记录、故障报警记录信息，实现故障、预警声音报警，报表打印、系统连接局域网功能。实现中央变电所、南翼采区变电所、西翼采区变电所、西翼水泵房的高低压开关、移变、照明综保的在线监测、监控功能。实现供电监控系统全矿联网共享，通过矿井网络平台连接调度中心、供电队、机电科、机电副总、机电矿长等相关办公室计算机，通过不同授权方式实现调度中心、矿领导、业务科室、供电区队对电力监控管理系统的共享。

3 系统实施方案

3.1 地面监控中心

在矿方调度中心建立电力监控中心，安装由电力监控服务器组成的监控系统专业软件，该软件具备强大的数据统计和专业供电系统监测、控制、管理功能，可实现整个电力系统的数据采集、运行状态监视、远程集中控制，存储、查询和统计整个系统的运行数据、运行记录、故障报警记录信息，实现远程监视设备运行情况、远程操作控制井下设备的运行和试验，实现故障、预警声音报警，报表打印、系统连接局域网等功能[4]。

3.2 通信网络

阳坡泉煤矿已建立矿井环网平台，地面调度中心、井下中央变电所、南翼采区变电所、西翼采区变电所安装有网络交换机，系统利用现有网络，实现与地面监控中心通信，如图1所示。

图1 阳坡泉煤矿井上下供电系统示意Fig.1 Schematic diagram of up and down power supply system of Yangpoquan Coal Mine

井下各变电所设备见表1。

表1 阳坡泉煤矿井下变电所设备明细

3.3 中央变电所电力监控

3.3.1 高压开关部分

中央变电所内共有13台电光防爆高压开关，由于内部保护器性能达不到远程监控的要求且不具备防止越级跳闸功能，现将其全部更换为SGZB-07A型具备防越级跳闸功能的智能监控保护器。

SGZB-07A型保护器集监测、计量、控制、保护于一体，用于供电设备、供电线路、用电负荷的全面安全保护、运行监测、计量和远程操作控制，防止供电系统故障运行、越级跳闸、大面积停电等事故，实现事故预先监测、事前报警、分级保护、快速分析处理和电力运行管理、实时用电计量管理功能。SGZB-07A型保护器具有防越级跳闸、内置后备电源、操作安全闭锁和电子挂牌、高精度峰谷分时计量、开关断路器动作性能监测、开关腔内温度监测、多种形式录波、故障记忆闭锁、统一校时功能[5]。

3.3.2 低压开关部分

中央变电所内共有9台电光防爆低压开关，由于内部保护器性能达不到远程监控的要求且不具备远程漏电跳闸试验功能，现将其更换为DZB14-K型低压配电装置智能监控保护器。

DZB14-K型保护器除具备基本的监测监控功能、常规保护功能外，还具有后备电源功能、电子挂牌功能、安全操作闭锁功能、远程漏电试验功能、特征数据监测功能、温度监测功能、多种形式录波功能、故障记忆闭锁功能、统一校时功能[6]。

3.3.3 矿用隔爆型照明信号综合保护装置部分

中央变电所内共有1台电光防爆照明综保，保护器具备通信功能，由厂家提供通信协议及点表，采用通信接入方式接入系统，实现远程的停电、送电功能和数据监测功能。

3.3.4 监控装置部分

在中央变电所内安装1台带彩色液晶屏幕的KJ516-F1型本安型分站，把中央变电所内高、低压开关、照明综保接入到本安型分站内，用于数据采集、控制传输，分站内嵌入有防止越级跳闸功能软件，配合SGZB-07A智能型监控保护器实现防止越级跳闸功能。可以通过彩色液晶显示屏进行本地状态查询、实时数据的查询操作。KJ516-F1本安型分站具有多路以太网电口和光口、多路数字信号通信接口，上行能够通过网络电口接入变电所网络交换机内进行数据上传，下行具有多路数字信号接口，把变电所内的高、低压开关和照明综保保护器通过通信电缆接入到分站内进行通信[7]。

同时安装1台KDW127/12B矿用隔爆兼本安型直流稳压电源(内置锂离子后备电池)，为本安型数据传输分站提供后备不小于4 h的后备电源。中央变电所开关通信接线示意如图2所示。

图2 中央变电所开关通信接线示意Fig.2 Schematic diagram of switch communication wiring of central substation

3.4 其他场所电力监控

南翼采区变电所、西翼采区变电所和西翼水泵房均按照中央变电所设计方案进行改造。

3.5 防越级跳闸系统功能

应用于阳坡泉煤矿的防越级跳闸系统以工业以太网、GD-BUS现场总线和“零延时”传输技术网络继电保护的基础，将输电线路各端的保护装置互联成网，实现信息共享，协同保护。通过网络，可将井下中央变电所、南翼采区变电所、西翼采区变电所任何一个地方输电线的故障信息传送到网络中相关的节点进行比较，判断出故障点位置，由保护装置根据其对故障的位置和作用决定其保护方式，实施多级保护，从而能切除离故障点最近的线路[8]，同时，一个保护装置本身发生故障时上级能自动代替保护，是目前最先进、最可靠的防越级跳闸技术。这种保护自动与相邻线路的保护在动作参数上进行配合，可以实现全线速动。网络中的保护装置根据各自收到的保护故障信息及地址编号，自动调整各级保护的动作参数。从而实现准确快速有选择性的切除故障线路，保证非故障线路安全可靠运行[9]。

防越级跳闸系统方案特点：系统集母差、纵差保护功能与一体，全线均具有速断保护，适应阳坡泉煤矿多级供电系统要求，不存在速断保护失效问题。且全线多级动态保护，后备保护、远后备保护时间动态调整，不存在越靠近电源侧后备保护时间越长的问题；具有开关故障替补功能，避免设备隐患导致的防越级跳闸功能失效，且可通过监控网络传输状况实时监测，避免设备或线路隐患导致的防越级跳闸功能失效[10]。

防越级跳闸系统不是闭锁非直接故障开关的速断保护，而是将非直接故障的开关速断转为后备保护状态，避免给故障分析造成困惑。基于供电系统监控网络，不需要额外增加设备，减少投资以及出现故障的环节[11]。基于保护装置控制开关，不增加开关额外闭锁环节，不会因为增加额外闭锁环节给开关带来的安全隐患。

总线传输介质使用导线型通信电缆，后期维护简单、方便。对多台开关互感器特性的一致性无严格要求，解决因电流互感器饱和问题带来的防止越级失败。

系统可自动判断故障位置，并能对开关拒动产生的越级跳闸提供快速恢复供电方案。同时，系统采取了可靠的软、硬件措施，确保监测中心数据安全性及监测网络各设备的安全性[12]。