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(gòu)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(jié)構(gòu)、功能，給出解決越級跳閘和自適應漏電保護等相關技術(shù)。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(diào)等功能，提高了煤礦生產(chǎn)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(nèi)內(nèi)，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(jié)構(gòu)

       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(gòu)成，井下電網(wǎng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

1.2系統(tǒng)構(gòu)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(nèi)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(diào)度中心，實現(xiàn)遠程“四遙"功能。

       （4）地面機電調(diào)度和井下中央配電室均設置一中心(能夠?qū)崿F(xiàn)地面井下實時)，保證地面調(diào)度指揮與井下人員操作實時一致，中心包括：地面調(diào)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(diào)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(diào)度中心對地面、井下高壓的遠程

       （1）實現(xiàn)地面調(diào)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(nèi)視頻、室內(nèi)溫度等實時狀態(tài)。同時預留接口，能夠?qū)崿F(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(diào)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(quán)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(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

       （4）通過地面調(diào)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(jié)構(gòu)，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(gòu)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(nèi)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(diào)，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(diào)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(gòu)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(jié)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(diào)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(nèi)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(nèi)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?qū)ε潆娛覝囟?、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?qū)Ξa(chǎn)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(quán)限管理

       為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)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(quán)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(jié)構(gòu)?？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(nèi)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(diào)度中心，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、定值遙調(diào)、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(diào)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