摘 要：為了提高煤礦的安全性和可靠性，適應現(xiàn)代化礦井建設，構建了基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)，重點介紹了系統(tǒng)的設計方案、結構、功能，給出解決越級跳閘和自適應漏電保護等相關技術。該系統(tǒng)經(jīng)實際應用，實現(xiàn)了井下7個配電室的遠程集中、遙控、遙測、遙信、遙調等功能，提高了煤礦生產自動化水平，強化了礦井電網(wǎng)安全，防止井下大面積停電和越級跳閘等事故的發(fā)生，縮短故障處理時間，為終實現(xiàn)井下變電所無人值守創(chuàng)造了條件。

關鍵詞： 工業(yè)以太網(wǎng)；電網(wǎng)；越級跳閘

       新元公司取得過3個地面變電站，分別為110 kV變電站、中央風井35 kV變電站、韓莊風井35 kV變電站。110 kV變電站位于工業(yè)廣場內內，擔負新元公司工業(yè)廣場10 kV、中央風井35 kV、韓莊風井35kV變電站的供電任務。礦井人井10 kV電纜共計13趟(包括風機系統(tǒng))，電源分別引自中央風井場地35 kV、韓莊35 kV、工業(yè)場地110 kV變電所。井下10 kV配電室有9個，各變電所兩回路電源電纜任一回路停運時，另一回路仍可滿足其所帶全部負荷的需要。為滿足集團公司推進現(xiàn)代化礦井發(fā)展的需要，有效實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行，新元公司于2014年開始進行電網(wǎng)系統(tǒng)的建設，經(jīng)過近一年的運行，基本實現(xiàn)了井下電網(wǎng)系統(tǒng)7個配電室的遠程集中、就地和遠程操作，實現(xiàn)了“四遙"功能。

1.1 系統(tǒng)結構

       新元煤礦井下電網(wǎng)系統(tǒng)主要由地面中心、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換中心、地面保護主機、井下數(shù)據(jù)傳輸分站、高爆開關綜合保護器、相關組態(tài)軟件和其它輔助設備構成，井下電網(wǎng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

1.2系統(tǒng)構建

       （1）新元公司電網(wǎng)系統(tǒng)地面中央風井35 kV變電站和110 kV變電站共計接人6臺人井線路保護裝置。井下電網(wǎng)系統(tǒng)接入井下7個配電室，分別是：中央配電室、煤倉配電室、南區(qū)中央配電室、集中膠帶巷配電室、9“煤中央配電室、西一和西二配電室。

       （2）將井下7個配電室約90臺高開綜合保護器更換升級為ZBT—llc型級聯(lián)縱差綜合保護器，該保護器是具有消除越級跳閘功能的新一代高開綜合保護器，它集保護、測控、通信、故障錄波、電能計量統(tǒng)計分析、諧波含量分析功能于一體。低壓饋電開關保護器更換為能夠和IQl37電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信的智能綜合保護器。目前使用的低壓饋電開關均能實現(xiàn)和電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信。

       （3）分別在井下7個配電室安裝KJ360一F礦用隔爆型電力分站，將配電室內的高低壓開關與分站聯(lián)接，就地實現(xiàn)高低壓設備集中控制，同時，安裝視頻攝像頭，實現(xiàn)遙視功能；另一方面通過礦用千兆環(huán)網(wǎng)將保護器數(shù)據(jù)上傳至地面調度中心，實現(xiàn)遠程“四遙"功能。

       （4）地面機電調度和井下中央配電室均設置一中心(能夠實現(xiàn)地面井下實時)，保證地面調度指揮與井下人員操作實時一致，中心包括：地面調度中心主機、井下中心主機、網(wǎng)絡交換機、打印設施等。

       （5）在井下配電室安裝DXBl27／127礦用隔爆型電源，為保護器和電力通信分站或網(wǎng)絡交換機提供可靠的工作電源和操作電源，保證在電網(wǎng)波動和交流失電情況下維持設備正常工作。

       （6）在地面調度中心、井下中央配電室、綜合樓機電隊辦公室安裝電力客戶端，在地面信息中心機房設置電力(通信)服務器2臺，安裝的KJ360電力組態(tài)軟件，采用雙機熱備的工作方式，實現(xiàn)地面調度中心對地面、井下高壓的遠程

       （1）實現(xiàn)地面調度中心對井下電網(wǎng)的實時監(jiān)測功能，監(jiān)測高、低壓每個回路的電流、電壓、絕緣電阻、有功電量、無功電量、開關分合位置、保護信號、室內視頻、室內溫度等實時狀態(tài)。同時預留接口，能夠實現(xiàn)與地面的銜接。

       （2）對及網(wǎng)路傳輸系統(tǒng)中各種保護信息進行實時告警，當發(fā)生開關跳閘、保護動作、網(wǎng)絡傳輸中斷等事件時，將自動調出故障所在的畫面，具備故障閉鎖、事件記錄、查詢功能。

       （3）根據(jù)權限設置，分級實現(xiàn)開關分合閘操作管理、定值管理、電量管理、報表管理、歷史數(shù)據(jù)管理、故障錄波分析與打印、規(guī)約轉換、數(shù)據(jù)轉發(fā)等功能。

       （4）通過地面調度中心安裝的通信服務器和液晶顯示器，井上、井下變電所可進行通信，顯示井下變電所的視頻信息，并可實現(xiàn)人機交互操作。此外還有歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索功能、曲線存儲與檢索功能、報表設計與檢索打印功能、圖形畫面組態(tài)功能、web瀏覽功能、設備檔案管理和自診斷功能等

3.1 分布式智能速斷防越級保護系統(tǒng)

       系統(tǒng)建設中，主要是升級改造保護器為防越級保護器，安裝防越級交換機，搭建光纖縱差通道。防越級保護系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖如圖2所示

3.1.1基本原理

       采用網(wǎng)絡化基因圖譜算法，利用開關間交換故障信息進行協(xié)商的形式，判斷故障區(qū)段，實現(xiàn)全網(wǎng)零秒速斷，以達到防越級跳閘的目的。

3.1.2主要特點和效果

       可實現(xiàn)級聯(lián)縱差保護、母差保護、三段式過流、零時延智能后備保護。該系統(tǒng)保護分散，可就地安裝，獨立跳閘，符合電網(wǎng)公司的要求。系統(tǒng)具有分布式無主網(wǎng)絡結構，對通信依賴小，故障信息協(xié)商，風險分散，可靠性高。系統(tǒng)分層、分布式光纖網(wǎng)絡設計，保護功能就地完成，可靠性高。變電所間級聯(lián)縱差保護可避免站間越級，母線故障快速動作差動保護可防止電網(wǎng)擾動，“T"接線差動可滿足“一拖多"供電網(wǎng)絡，零時延智能后備保護可消除傳統(tǒng)后備保護時間累積效應的缺點，光纖縱差通道實時、動作行為實時。

3.1.3實現(xiàn)方式

       利用分散安裝的ZBT．1 1 C級聯(lián)縱差保護器，通過保護信息網(wǎng)快速交換信息，快速判斷故障區(qū)段，可準確快速切除距故障近的上級開關，達到防越級跳閘的目的。

3.2激勵式自適應漏電保護系統(tǒng)

       傳統(tǒng)的漏電保護方法是以接地電流本身的故障特征作為故障判據(jù)，由于井下電網(wǎng)運行方式變化較大，歷次接地時，接地電流特征都不穩(wěn)定，造成了以接地電流特征為判據(jù)的漏電保護經(jīng)常起不到作用，故采用激勵式自適應漏電保護系統(tǒng)。激勵式自適應選擇性漏電保護系統(tǒng)由SY3603智能選漏保護終端、SY3601信號注入裝置、高爆開關中的ZBT一11C級聯(lián)縱差綜合保護器構成。ZBT．11 C、SY3603安裝在井下高壓開關中，SY3601安裝在地面10 kV變電所中，每段母線安裝一臺SY3601信號注入裝置。信號注人裝置在探測到有接地故障時，向接地相注入特殊信號(非工頻信號)，經(jīng)分散安裝的高開綜合保護器檢測，信號量值達到設定值時，即判定為線路接地，漏電保護跳閘。SY3600煤礦電網(wǎng)漏電保護系統(tǒng)如圖3所示

3.3 瞬時失壓誤動缺陷的完善

       煤礦井下電網(wǎng)在遭受雷擊、大負載類設備啟動、出口處短路等情況時，容易造成電網(wǎng)電壓瞬間波動或下降，繼而無壓釋放線圈誤動，引起井下大面積開關跳閘。為了解決這個問題，為每臺高壓防爆開關配置一臺KYD-01瞬時失壓智能控制模塊，保證交流失壓情況下，在0～5 S內維持無壓釋放線圈正常工作，母線瞬時失壓時，高壓防爆開關不會誤動跳閘。KYD-01智能無壓釋放線圈控制模塊由開關電源模塊、單片機延時控制電路、控制及告警電路、智能電容充放電回路組成，其電源額定電壓為交流100 V，源電壓波動范圍為75％～110％，額定輸出電壓24 V，保持時間0—5 s可調，級差0．5 S，無壓時，可輸出常閉接點，供自動化系統(tǒng)使用。瞬時失壓智能控制模塊原理如圖4所示

       （1）山源KJ360礦用電力系統(tǒng)與磐能綜合保護器配合的問題。由南京磐能公司將分站通訊協(xié)議改為常用的MODBUS通訊協(xié)議，修改后系統(tǒng)運行正常，解決了保護器“死機"或不通信問題。

       （2）高壓防爆開關遠程操作拒動問題。根據(jù)檢修計劃，在總調度控制室有計劃地對井下所有高壓防爆開關進行遠程分合閘操作，發(fā)取得過6臺次4臺高壓防爆開關出現(xiàn)分合閘拒動情況。經(jīng)查，4臺次拒動是開關本身機構問題，2臺次拒動是山源分站與磐能綜合保護器之間銜接出現(xiàn)問題，通過分析和檢查，解決了問題。

       （3）電力系統(tǒng)不能啟動問題。煤礦信息中心機房2臺電力服務器系統(tǒng)出現(xiàn)不能啟動問題，顯示數(shù)據(jù)庫連接異常，導致整個電力系統(tǒng)不能正常運行。將服務器1 SQL server 2008數(shù)據(jù)庫配置更改為SQL server和windows混和身份驗證模式，服務器2重新導人系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫文件，重新配置服務器雙機熱備。通過處理，系統(tǒng)可正常運行，服務器實現(xiàn)雙機熱備模式。

       （4）人員培訓問題。針對運行階段出現(xiàn)的系統(tǒng)管理與操作人員不能適應新裝備、工藝的問題，新元公司機電系統(tǒng)已制定出培訓計劃及修改相應制度、規(guī)程，以保證電網(wǎng)集控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。

5.1簡介

       安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，了安科瑞配電室綜合系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關柜運行、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

5.2系統(tǒng)功能

5.2.1 通信管理

       安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

5.2.2實時監(jiān)測

       安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

5.2.3 數(shù)據(jù)查詢

       在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數(shù)據(jù)。

5.2.4曲線查詢

       在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

5.2.5運行報表

       查詢配電室內設備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

5.2.6實時告警

       科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

5.2.7 歷史事件查詢

       安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

5.2.8 用戶權限管理

       為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

5.2.9網(wǎng)絡拓撲圖

       安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構?？稍诰€診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

5.2.10遙控操作

       安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。

5.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境系統(tǒng)推薦配置選型

       （1）新元煤礦井下電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在保證整個電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性、安全性的前提下，實現(xiàn)了井下電網(wǎng)自動化遠程監(jiān)測管理。

       （2）系統(tǒng)采用分布式智能速斷保護原理，縱差保護作為主保護，零時限智能后備作為遠后備保護，實現(xiàn)防越級跳閘的功能

       （3）激勵式自適應漏電保護系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)漏電保護方法中以接地電流本身的故障特征作為故障判據(jù)的局限性。

       （4）井下7個高壓配電室及主要低壓實現(xiàn)就地的同時，通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)將保護器數(shù)據(jù)上傳至地面調度中心，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、定值遙調、遙視功能，達到集中，具備了無人值守條件。

       （5）各配電室及變電站的電力分站通過礦用千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)平臺將各配電室開關信息上傳到信息中心服務器，終實現(xiàn)地面信息中心兩臺服務器、礦井總調客戶端、機電隊辦公室客戶端、井下中央配電室客戶端對井下各開關的遠程集中控制，實現(xiàn)了“地面控制為主，井下控制為輔"的控制模式。

 

 

[1]王建文．防越級跳閘在煤礦的應用[J]．山西焦煤科技，2014(2)：52．

[2]張利軍，孫瑞平．基于工業(yè)以太網(wǎng)的煤礦10 kV電網(wǎng)系統(tǒng)的設計

[3]安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合系統(tǒng)2020.04版