西铭矿玉门变电站35 kV供电系统的智能化改造

徐爱彦

（西山煤电股份有限公司西铭矿，太原 030053）

0 引言

西铭矿玉门变电原有的变电站开关和保护装置都为20世纪80年代的机械操作机构和机械继电器，变电站一、二次保护自动化程度低，操作机构存在腐蚀或损坏、继电器老化、备件短缺、误动作、拒动等事故时有发生。随着西铭矿的矿井向西部、北部延伸，生产任务逐年增加，对生产供电的安全带来安全隐患。玉门变电站安全供电运行只靠玉门变电站现有的值班人员不能满足安全运行。

1 西铭矿玉门变电站

2006年，玉门变电站改造成自动化、电脑监控、带报警提醒、远方操作和带有五防闭锁功能KYN-6高开柜的综合化变电站。西铭矿玉门35 kV变电站位于玉门地区，由杜儿坪110 kV变电站引杜玉线、河龙湾110 kV变电站引河玉线两趟35 kV线路供玉门变电站；玉门变电站35 kV还分别转供磺厂变电站和支架厂变电站；站内设备主要有2台8 000 kVA主变，型号为SF-8000/35，34台6 kV开关，7台35 kV开关，2套无功综合调节装置（电容），2套直流屏供电系统，2套电池组，1套双电源自动切换装置，2套小电流接地保护屏。玉门变电站在正常情况下，采用分列运行方式，河玉线带1#主变，带6 kV I段；杜玉线带2#主变，带6 kVⅡ段；35 kV联络开关350在断开位置，处于热备状态；6 kV母联开关6001在断开位置，处于热备状态。

2 双电源自动切换

35 kV玉门变电站担负着西铭矿区所有的民用电、矿调度瓦斯监控、胡沙帽风机供风和井下直流西六硅整流的电机车供电任务，属于一类负荷，安全规程要求必须要保证不间断供电。因此，西铭矿安装有双电源切换装置，来确保煤矿安全供电。玉门变电站双电源切换分为自动和手动2种切换功能[1]。

（1）自动切换。玉门变电站以35 kV直流供电系统分列运行，如图1所示，自动电源切换装置选择开关转向“自动”位置。现运行方式为：一号直流电源35 kV I段控制与35 kV I段合闸供电给356、353、351、350直流控制母线和合闸母线用电，二号直流屏的35 kVⅡ段控制与35 kVⅡ段合闸供电给354、352、355直流控制母线和合闸母线用电。双电源切换处于自动监控状态，同时备用发电机组处于自动状态。在双电源均正常的情况下，如果一号直流屏发生故障无法及时恢复供电，使用二号直流屏的35 kV联络控制与35 kV联络合闸，通过350联络开关的双电源自动切换，发电机组立即起动，起动正常后，能自动切换到356、353、351；同理二号直流屏如果也失电，当电源正常后，能自动切换到一号直流屏电源供电，同时自动停止发电机组，恢复原有供电方式[2]。

（2）玉门变电站其余直流系统尚未分列改造，控制回路、合闸回路均为双回路供电，日常运行为一套系统运行，另一套系统备用[3]。

（3）手动切换。把选择开关转向“手动”位置，1号直流屏电源和2号直流屏电源切换由人工实现。按下1号电源合闸按钮，开关转到电源供电位置，同时电源供电指示灯亮；同理，按下2号电源合闸按钮，电源供电指示灯亮；按下零位按钮，开关转到零位（两边均不接通的中间位置），同时零位指示灯亮。

图1 西铭矿玉门35 kV变电站自动切换电源示意图

3 线路接地

（1）煤矿供电是安全生产的基石和动力。西铭矿属于老煤矿，工作面多，井田成矩形，长17 km，宽3～4 km，供电线路长，中间有损耗，外力容易破坏；地质构造复杂，采掘工面装机总容量大，超负荷作业，设备发生故障造成跳闸或无故停电等，制约了安全生产。因此，这就要求变电站装设有安全、监控、测量、信号等二次保护回路设备，方便值班人员在发生故障时能选择地、快速地、灵敏地、可靠地切除故障[4]。

（2）西铭矿玉门变电站在实际工作经常遇到6 kV线路越级跳闸等故障。西铭矿接地保护安装的是北京昊博公司产的小电流接地装置。正常情况下，小电流装置正常灯显示蓝色，表示线路正常。如果发生井下电缆或架空线路某开关线路上有单相接地故障。指示等由蓝色变成红色，同时警铃报警。此时，电脑显示屏也提示有接地开关柜双名称。值班员通过接地装置第一时间发现接地柜及时处理。

图2 西铭矿玉门变电站模拟示意图

（3）西铭矿改造后的高开柜为KYN-6，带有绝缘监察表三相指示，如图2所示，假如其中有一相发生完全接地，故障相指示灯熄灭。查电脑屏显示，故障接地相相对地电压为0或接近0，非故障相其余两相电压比正常情况下电压升高3倍，且持久不变[5]。

（4）措施：实践工作中总结规律，接地故障持续5 min不消失。首先，检查变电站内设备有无明显接地；其次，通过绝缘监察表，三相指示灯，迅速判断哪个开关线路上的接地故障。

4 二次回路保护

西铭矿保护屏安装有北京青大的继电器保护装置。该继电器通过一次回路电压互感器，给装置提供电压数据，通过后台PLC转换为数据显示在计算机显示屏上。通过与KYN-6高压开关电流互感器联接，有选择性、快速地切除被保护设备和线路故障。采用PLC先进保护系统，通过计算机显示电流过流、速断保护、零序电流保护和差动保护等[7]。因西铭矿矿区用电地点多，很容易出现电流过流、开关跳闸现象。

4.1 措施

KYN-6高开关电流互感器变比算出额定电流值，北京青大保护采用反时限继电保护动作工作原理进行数据分析，有选择性地、快速地切断故障线路[8]。

4.2 案例

玉门变电站6113王封煤矿高开柜，电流互感变比300/5，定值为过流值3 A（1 s），速断值为13 A（0 s），变电站6113柜高开柜发生故障掉闸。

值班员查看保护记录，查询数据为：Ia=0.519 A；Ib=0.531 A；Ic=3.261 A。则通过定值可看出，6113柜c相过流。

若查询保护记录数据为：Ia=8.619 A；Ib=14.261 A；Ic=0.631 A。则通过定值可看出，6113柜b相速断。

如果是过流动作，汇报调度，得到允许，可试送一次；要是速断动作，不可送电。

5 经济效益与社会效益

玉门变电站改造后，提高了电压质量，而且还带来了降低电网输电损耗的经济效果。玉门变电站并列电容器能根据采区负荷的增大或减小，自动投切或退出，补偿功率因数。相比老式机械变电站功率因数提高到0.95，功率因数超过0.98，电容无功补偿装置自动进行电容组退出；当电压偏低时或功率因数低于0.93，电容无功补偿装置能自动进行电容器组投入[9]。

改造后的玉门变电站给西铭矿创造的综合经济效益：可提高供电设备的供电能力约90%；西铭矿巷道距离长，供电距离大，电网的电压损耗大，电容无功补偿装置降低电能损耗50%；减少电压损失5%～6%[10]，节约了吨煤成本，实现了节能降耗。智能变电站每班可节省1人，每月4个班。每月至少可节省资金：2 000 3=6 000（元）。一年节支7.2万元（不包括电费用）。

6 结束语

通过改造，真正实现了人机一体化智能综合变电站。通过电脑分析、开关五防闭锁，解决了老式变电所机械化、靠人为记性误操作的缺点，避免事故发生。实践证明玉门变电站通过智能变电站系统保护改造后，实现了安全长周期，保证了西铭矿安全生产及提高经济效益。