煤矿高压供电系统电力监控技术

冯建平

（山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司，山西 晋中 045300）

1 煤矿综合自动化意义

煤炭在我国市场经济发展、社会主义现代化建设中起着至关重要的作用。煤炭工业早已成为我国国民经济基础。据相关数据显示，当前我国能源消耗中，煤炭消耗量占全国能源消耗总量的一半以上。我国大部分煤矿的生产方式为井工开采，生产环境非常恶劣，存在诸多不安全因素。因此，确保煤矿生产安全成为了重点。与此同时，计算机信息技术高速发展给煤矿安全生产带来了新的希望。借助计算机信息技术，实现煤矿综合自动化，从根本上对传统的煤矿监控、管理、信息共享、全局调控等方面加以改变，将自动化信息技术运用其中。如此一来，不仅提升了煤矿生产安全系数，而且在很大程度上能够降低工人的劳动强度，实现事半功倍的效果［1］。

就煤矿高压供电系统而言，随着对煤矿安全生产的重视，煤矿井上、井下的高压系统供电可靠性越来越重要。将成熟的电力监控系统的技术结合煤矿的特殊需求推出煤矿电力监控系统，完成煤矿防越级跳闸、配网系统自动故障隔离、单相接地故障定位和跳闸、一次在线状态检测、能效管理等是保证煤矿安全生产的重要环节。

2 山西普通型煤矿基本情况概述

普通型煤矿一般由井上35kV（或10kV）变电站和井下10kV（或6kV）供电系统组成，井下供用电系统从35kV（或10kV）变电站两段母线引出两回10kV（或6kV）馈电电路接入中央配电室，井下中央配电室分别在两段母线馈出两回出线路给采区变电所。整个供电网络分三级，即：地面35kV变电站、井下中央配电室和井下采区配电室，其中井下中央配电室和井下采区配电室多采用10kV（或6kV）防爆开关（见图1）［2］。

图1 一次系统图

3 普通型煤矿高压供电系统监控中存在的问题

虽然目前普通型煤矿高压供电系统按照质量标准化要求已经布置了监控系统，但是仍然存在着一些共性问题。通过实际走访、调查，对其中存在的问题进行如下归纳［3］：

1）缺乏自动化、一体化管理。井上开闭所和井下中央变电站、采区变电站不能实现远程的监视和控制，无法实现自动化、一体化管理。

2）线路越级跳闸情况时有发生。井下变电所共分为两级，电源由35kV变电所引入两回出线，第一级为井下中央变电所，第二级为采区变电所，目前存在线路越级跳闸的情况，偶尔发生35kV变电所10kV电源侧跳闸，甚至跳闸到上一级35kV变电站。

3）相关装置配备不齐全，配置落后。第一，现有矿山井下的保护装置没有电度计量、无法实现能效管理。第二，生产使用的高压综合保护器的功能比较简单，不能完全满足现场运行的要求。比如很多保护器不具备故障录波功能，即便有也是本线路的简单录波，没有提供专业的故障录波分析软件，难以实现有效的故障录波分析。定值修改要在现场通过有限的几个按钮实现，整定麻烦又费时，增加了保护人员的工作强度。第三，高压综合保护器通讯能力差，无法实现真正意义上的矿井供电系统的智能化。目前很多保护器不具备通讯接口，无通讯能力，无法实现“四遥”功能，必须有人值守。即便具备通讯接口的保护器也只能通过485口进行低速的通讯，通讯速度慢，上送遥测量要几十秒才能刷新一次。而且485通讯电缆容易耦合电磁干扰，导致通讯误码率高，通讯不可靠，导致“误发遥信”，“遥控失败”等问题，无法实现采区变电所无人值守。第四，井下隔爆断路器由几个厂家供货，保护装置可靠性、稳定性很差，电磁兼容标准很低，型号、接口和规格不统一，无法实现信息的上传功能。

4）失压保护延时难以整定。这容易导致“越级跳闸”。目前很多保护器的失压保护动作时延为0s，不能整定，馈线距离母线很近的地方发生短路故障时，母线电压短时失压或者由于地面变电站雨季瞬时雷击造成系统短时失电时，该段母线上其他开关的失压保护失误动作导致“越级跳闸。

4 普通型煤矿高压供电系统监控解决策略

针对上述存在的问题，通过多方考察、求教，在智能电网技术基础上开发了矿山供用电智能一体化解决方案。该方案能够较好地解决普通型煤矿高压供电系统监控中存在的问题，实现以下功能。

4.1 井上井下变电站一体化管理

该方案采用国际先进的IEC61850为核心通讯架构，实现井上井下变电站一体化管理，同时就地分散分布式保护控制装置，在实现保护、测控功能的同时完成积分电度计量的功能，节约了独立电度表的设置，再通过通信回路实现远程抄表管理。在完成系统改装之后，能够实现以下具体功能：第一，完成井上井下供电全系统的一体化管理，能够实现所有线路的实时测量和信号监视，通过监控完成所有开关的远程控制，实现所有变电所无人值班。第二，完成井上井下供电全系统的电能计量及远程统计管理，自动形成电量报表。第三，完成全系统的单相接地选线功能，适用于中性点不接地、经消弧线圈接地等各种系统网络，能准确选择故障线路并确定接地区段，同时完成漏电保护功能。

4.2 越级跳闸情况的避免

该方案采用IEC61850特有的GOOSE通信技术，能实现各分散式保护之间的快速数据交换，进而实现故障的快速定位，实现全线路准确快速动作，避免越级跳闸情况的发生，直接提高了供电可靠性。

首先，完成全系统的防越级跳闸功能，通过保护控制器和通讯网络实现全系统故障综合分析，准确的故障隔离技术，避免了现有系统的越级跳闸问题。

其次，系统故障录波功能，能记录故障瞬间、跳闸瞬间的电流电压波形，便于分析故障类型和故障性质。

再次，电能质量分析功能即对电压偏差与电压合格率、频率偏差与频率合格率、电压不平衡、各条线路的谐波电压、谐波电流、谐波功率等进行综合分析。

4.3 成本节约最大化

矿山供用电智能一体化在优化实现这些功能的同时，没有改变原有系统的分散分布式结构，确保了保护功能的独立性，同时节省了电度表的配置，并利用目前寺家庄矿已具有的光纤环网的设施，降低了实现自动化系统的成本。

5 结语

对煤矿高压供电系统实施监控是十分复杂的一个过程，需要计算机、信息技术等多方面一同配合，才能实现智能化监控。煤矿企业应当以此为契机，对煤矿生产系统进行自检，全面实现自动化、综合化生产，达到安全、高效、节能的目标。

［1］ 宋晓燕.我国煤矿安全状况及分析［J］.能源技术与管理，2004（2）：12.

［2］ 黄德有，李永实.井下采区变电所的合理供电方式［J］.煤炭技术，2000（5）：16－17.

［3］ 王红尧，华钢，张瀚超，等.煤矿安全监控分站的研究［J］.电子设计应用，2005（12）：102.