崔志勇
(西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿,山西 兴县 033602)
煤矿智能供电系统是实现全矿井供电网络自动化、智能化的完整方案,主要包括:地面集中监控中心、地面变电站保护自动化系统、地面配电所保护自动系统、井下中央变电所、采区变电所保护自动化系统、移动变电站保护以及通讯分站等。系统内所有设备采用标准以太网接口,通讯介质支持光纤。采用国际通用的IEC61850 和IEC60870-5 规约,该规约是建设智能电网的核心通讯标准,能实现设备的互操作性,做到不同产品设备的“即插即用”。采用以太网作为通讯媒介,避免了通讯分站数据间转换的瓶颈问题,极大地提高了监控系统的反应速度,优化了监控系统的性能。
煤矿智能供电系统监控范围:地面变电站、配电所、井下中央变电所、移动变电站及低压供电系统。
监控主站包括各变电所的就地监控分站和集中中心的监控主站,无人值班变电所可以取消或简化就地监测分站,集控中心的监控主站系统应按标准化机房建设,一般由2 台或多台计算机构成,与矿井自动化系统通过网关实现数据互联。煤矿智能供电系统监控示意图见图1。
图1 煤矿智能供电系统监控示意图
煤矿供电系统中,10 kV/6 kV 地面、井下配电网络的供电系统相对复杂,级联变电所较多、且线路主要采用短距离绝缘电缆方式。为了保证动作的灵敏性,速断保护的范围常会和下一级变电站出线或移动变电站的速断保护范围重合;而且为了保护系统和设备,地面变电所出线速断保护一般采用无延时设计,不能利用延时实现保护动作的选择性,所以从理论上来讲出线短路故障造成越级跳闸是不可避免的;实际运行中,人工的定值整定问题也加剧了保护越级跳闸的情况发生。
智能化煤矿供电系统的设计原理是利用高速光纤以太网技术和规范化的IEC61850 通讯技术,在系统发生故障时首先通过各种保护装置的快速信息交换判断故障位置,命令最靠近故障点的开关切除故障,避免了上级保护的误动作。保护动作机制更多依赖于全网络的综合信息而不再仅仅受本装置电流定值的限制,降低了定值造成的风险。利用同样的机制,也可以解决大容量移动变电站空头时带来的线路保护的误动作问题。
其具体过程如下,考虑极限情况线路末端短路仅靠电流定值无法满足选择性,所有流过故障电流的保护装置均能启动速断保护,本保护装置速断启动同时向上一级发出闭锁信号,同时检测下级是否有闭锁信息发出,如果检测到闭锁信息则闭锁速断出口,否则,经过一个短路延时后跳闸,延时时间与闭锁信息时间可靠传输时间进行配合,实际矿井应用中延时时间不大于50 ms。智能化煤矿供电系统设计原理示意图见图2。
图2 智能化煤矿供电系统设计原理示意图
煤矿智能供电系统在实现提高供电可靠的同时,在实现“四摇”的电力监控的基础上,结合实际情况开发了大量的实用化功能,使该系统更能完整的反应一次系统的运行状况,简化管理,优化运行。
保护功能:所有10/6 kV 配电点配置的保护测控装置,能完整实现对输电线路、变压器、电容器、井下电缆等设备的保护功能,保护类型包括电流保护、电压保护、差动保护、漏电保护等。
“四摇”功能:地面、井下供电系统各高压供电点运行模拟量、状态量实时上传;地面集中监控中心远程分合操作、定值修改与维护。
电能质量监测和分析:供电系统网络中各高压供电点的电能质量监测,主要包括:电压偏差、电压合格率、频率偏差、频率合格率、电压不平衡、谐波(15 次)等。并在集中监控平台配置辅助分析功能。使用时能清晰地了解整个供电系统的电能质量和谐波分布情况,并可据此采用相应的治理策略。
能效管理功能:地面、井下所有的保护监控装置具备精准的电能计算功能,计量精度能满足实用化要求,尤其在井下高压开关内部空间较小时具有突出效果。同时可以减少电度表及其辅助通讯设施的投资。
自动化的配置管理与在线仿真:由于供电网络随着综采、综掘工作面的更换而变化,因此,快速自动化的配置管理与检验变得越来越重要,系统辅助的自动配置功能可以极大地简化维护人员的工作量。系统支持运行中或系统变更后的在线仿真功能,能模拟系统各个故障检查系统中各个保护设备的动作行为,进而检查系统参数配置的合理性。
智能“自愈”与转供提醒:系统采用备用电源自投等功能实现地面主扇、水泵房、绞车房的双回路自动切换;利用智能配电网技术实现地面环网供电的快速故障隔离与供电恢复;系统发生短路故障并切除后自动根据系统拓扑提示最佳的转供方案,简化运行人员的管理方式。
智能化供电系统是一个不断发展的过程,智能化供电系统实现了全矿供电网络一体化判断与管理、实时监测与控制,极大地提高了供电网络智能化水平和系统稳定性。
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