同忻矿防越级跳闸与电力监控系统方案设计

赵 彪

（晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司，山西 大同 037003）

同忻煤矿井下现有的电力供电系统在运行过程中经常出现越级跳闸现象，为保证整个工作面的高效稳定开采，降低电力供电系统出现跳闸的频率，需对煤矿工作面供电系统进行改造设计。结合同忻煤矿供电系统特点，采用新型的网络保护技术，对该煤矿工作面防越级跳闸与电力监控系统进行改造设计，解决煤矿井下供电系统继电保护选择性和速动性的矛盾，从根本上解决矿井电网继电保护的越级跳闸问题。

1 同忻煤矿防越级跳闸与电力监控系统建设规划

根据同忻煤矿供电的特点，在井下西翼采区变电所增加隔爆兼本安电力控制器KHL127两台，保护装置通过专用光纤和KHL127连接，建立防越级跳闸系统[1-2]。同时，在井下西翼采区变电所增加隔爆兼本安电力监控分站1台，保护装置通过CAN网接口和电力监控分站连接，接入到原有的电力监控系统。在井下变电所将低压部分的数据接入到无线基站，无线基站通过矿井环网或4G网络把数据上传至地面监控中心，实现地面监控中心远程监测、控制、遥测、遥调、遥信。为实时检测工作面的电量情况，在西翼采区变电所、一盘区中央变电所及风机、二盘区中央变电所、二盘区采区变电所、三盘区变电所每台开关内安装一台电能采集器，同时每个变电所安装一台无线基站，电能采集器通过无线传输把电度数据传给无线基站，无线基站把电度数据上传至地面监控中心，建立一套电度计量系统。

2 防越级跳闸与电力监控系统总体方案设计

2.1 井下防越级跳闸系统方案设计

防越级跳闸系统由MPR304S智能零时限电流保护装置、地面应用的DPR300系列保护装置和KHL127保护控制器组成，与地面变电站综合自动化系统具有一致的通信接口技术，井下应用的综合保护装置与地面应用的保护装置直接接口，实现快速、稳定和技术一致的矿井电网防越级跳闸系统[3]。整个系统采用智能零时限电流保护配合光纤差动保护技术实现井下防越级跳闸。其中，MPR304S（A）数字式矿用综合保护装置内置智能零时限电流保护和光纤差动保护功能，可通过保护装置的菜单设置保护功能。MPR304S（A）数字式矿用综合保护装置除具备防越级跳闸功能外，还具有常规的三段式电流保护、电弧光保护、开关柜温度监测、反时限过载保护、相不平衡保护、过欠压保护、非电量保护（风电、瓦斯闭锁）、辅助保护和电缆绝缘监视等保护功能。

2.2 井下电力监控系统方案设计

井下电力监控系统由MPR300S系列保护装置、KJ38-F矿用隔爆兼本安型电力监控分站和监控通信网络组成。MPR300S系列综合保护装置具有FFT计算的电压、电流、功率、功率因数、频率等模拟量和开关量测量，事件顺序记录，动作报告记录，保护定值存储与管理，以及开关分合闸操作、合闸保护、合闸故障监测和保护功能试验等测控功能[4]。KJ38-F矿用隔爆兼本安型监控电力分站用于实现MPR300系列数字式矿用综合保护装置与DPS301M主站自动化监控系统的数据交换。KJ38-F分站配置DPR371通信服务器，实现控制局域网（CAN Bus）和以太网的信息转发；KJ38-F监控分站配置视频服务器，实现数字视频信号到以太网的信息转发；KJ38-F监控分站可通过以太网交换机集成语音通信功能。工作面中防越级跳闸与电力监控系统总体框架图如图1。

图1 工作面中防越级跳闸与电力监控系统总体框架图

3 系统中关键设备设计

3.1 MPR304S系列数字式矿用综合保护装置设计

MPR304S系列数字式矿用综合保护装置主要安装于10（6） kV隔爆型高压配电装置中，具备与防越级跳闸系统的光纤接口功能，采用智能网络保护技术实现矿井电网继电保护的选择性和快速性要求，能适应矿井电网多级串联供电和“T”接供电模式的保护选择性要求[5]。同时，该装置具有选择性漏电保护功能，采用改进型零序导纳原理的漏电保护技术，自适应电网中性点接地方式，根据保护定值和时限瞬时或延时动作于跳闸或告警，保护具备“告警”和“跳闸”选项。另外，该装置具备CANBUS总线方式的通信接口，CANBUS接口信号为本安信号。保护装置的CANBUS总线与KJ38矿用电力监控分站联网，与主站监控系统配合组成矿用电站自动化系统，实现遥测、遥信、遥控和遥调功能。

3.2 KHL127隔爆型电流保护控制器

KHL127隔爆型电流保护控制器是整个系统中的重要保护装置，主要负责系统中电流的有效保护，与矿用综合保护装置配合组成智能零时限电流保护系统，实现矿井电网防越级跳闸功能[6]。KHL127控制器实时收集、判断各保护装置的故障信息，并转发给网络中的其他保护装置，实现故障检测和定位，解决上下级保护的配合问题。保护控制器采用FPGA处理技术、光纤传输方式，具有高通信速率。保护控制器具备后备电源功能，交流电源停电后能维持不小于4 h的后备电源输出。

3.3 MEM301矿用电能计量装置

MEM301矿用电能计量装置主要负责对系统的电能进行计量统计。MEM301矿用电能计量装置能够采集井下高低压开关的电度量、电压、电流和开关分合状态，通过电缆取压和开口CT取流的方式接入一次系统；装置具备无线LORA通信功能，能够自动入网，将采集到的电能信息上传至系统，井下通信距离不小于100 m；电力监控系统能够通过MEM301矿用电能计量装置实现对低压馈电开关的远程控制，并监测控制结果。

4 现场施工改造及应用

变电所防越级跳闸与电力监控系统接线图如图2。根据此施工方案及流程，完成了同忻矿工作面中防越级跳闸与电力监控系统的改造施工。经过现场应用验证可知，在将近6个月测试过程中，改造后的工作面供电监控系统运行更加稳定，所需的电量相比有所降低，能将各设备的工作状态及电量情况通过显示界面进行实时显示，当超过了供电系统的功率阈值会发出限压报警提示。工作面设备使用过程中未出现电路跳闸、电路短路等异常现象，电力维护工作人员的劳动强度大大降低，整个工作面供电稳定性及设备的耗电量得到了有效监控，达到了预期效果。

图2 变电所防越级跳闸与电力监控系统接线图

5 结论

通过对同忻矿工作面中防越级跳闸与电力监控系统的改造设计，实现了工作面供电过程中电量、电压、电流、过压情况等参数的实时监测及信号采集，解决了工作面中越级跳闸现象频发与电力监控系统性能较低等问题，提高了工作面中供电监控系统的智能化和信息化程度，保障了工作面的作业安全及生产效率。