煤矿大数据供电云计算开发运用

王传华 方 伦 徐加瑞

（新矿内蒙古能源有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 016299）

煤矿供电属于I 类工业用电，其安全性尤为重要。新时期煤矿井下大机组、变频、永磁、无功补偿等新工艺运用，给煤矿供电安全带来很大困扰，比如压降、谐波、谐振等，继电保护也因整定值存在问题，出现供电保护装置误动、拒动及越级跳闸等现象，因此，煤矿供电安全管理水平应进一步提升和改进[1-2]。

长城二矿通过与合肥明信有限公司合作，开发了供电云平台，在云平台上，为其增加系统原始数据，并与其他矿井数据互联互通，实现了数据共享、云存储、云计算等。此外，供电云服务平台也可实现供电图纸绘制、采掘工作面供电设计、最大（最小）短路电流计算、保护整定值的计算、供电安全设计计算报告自动生成等，煤矿根据矿井的自身条件及实际设备情况运用平台，并在平台中利用已知参数构建起矿井上、下供电系统网络图，其设备及电缆需要人工填充，剩余工作按照提示对各项设计要求进行一键式计算。比如：电缆与开关选型一键式核定，一键式最大（最小）短路电流及短路容量计算，一键式开关整定保护定计算（系统自动将计算结果标注在图上），最后系统一键式生成详细的全矿供电设计报告。平台对不同类型企业的供电设计、计算与绘图都可以满足要求，解决了传统的单机版软件安装部署过程复杂、数据无法共享及无法移动办公等缺点，大大提高了供电技术人员的工作效率和协同办公水平。

1 大数据供电云平台概念

1.1 云平台概念

云平台（cloud platforms）指的是基于硬件的服务，提供网络、计算、存储能力。

1.2 云平台的分类

（1）以数据存储为主的存储型云平台；（2）以数据处理为主的计算型云平台；（3）计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台。

1.3 大数据供电云平台

明信安全供电云平台是集计算和数据存储处理兼顾的综合性云计算平台，云平台实现了云计算、云备份、自动存储等功能。对用户数据的备份，包括绘制的供电图纸和计算报告等，定期存储、定期自动备份大数据云平台数据库中。在现场实际操作过程中，用户新增的变压器、电缆及电动机、变频器、启动器等其他设备参数随着用户的添加及时存储在云端，实现了一人参与、多人共享的局面。

1.4 大数据云平台的意义

（1）随着使用用户的增多，数据的增加，可提供更多的煤矿设备的共享数据信息，实现资源共享，信息互通。

（2）降低了人员的劳动成本，大大降低了前期对设备、人员、资金的投入和后期对系统软件升级及日常维护保养成本，同时也大大降低了因各种人工失误可能导致的事故损失。

（3）提高了数据的安全性，保证了供电安全的可靠性，提高了用户体验，使用者可以随时随地采用任何云终端接入云端并使用云中的计算资源，真正实现移动办公。

2 大数据云计算的原理

2.1 有名单位制计算高压短路电流

有名单位制是将系统中各元件的实际阻抗都折算到短路点所在的等级平均电压下的欧姆制，再按照实际电路算出总阻抗，最终完成短路电流计算。有名单位制在进行短路电流计算时，使用的是平均电压，而不是标准电压。

2.2 标幺值法计算高压短路电流

采用标幺值法计算短路电流，就是一种相对计算数值，是将电压、电流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用标幺值表示。

标幺值是短路电流中的概念，计算时选定一个基准容量（Sj）和一个基准电压（Uj），将短路计算中所有的计算参数都转化为与其参数有关的基准量的比值（相对基准量的比值，X·s=Skd/Sj=Ud/Uj），其中，Sj为标准容量；Skd为实际容量；Uj为基准电压；Ud为实际电压；X·s 为基准量的比值，标幺值。

2.3 高压开关保护整定计算原则

（1）Ⅰ段保护要求躲过线路末端最大三相短路电流整定，且灵敏度系数符合要求，即最小运行方式下保护范围不小于被保护线路全长的15%～20%，或者按照保护安装处最小两相短路电流进行校验，灵敏度系数不小于1.5。

（2）Ⅱ段式保护可按照下一级线路出线开关Ⅰ段保护配合整定或者按照与本级线路上级出线开关Ⅱ段反配合整定（但要躲过包括最大负荷启动在内的所有出线负荷电流之和），并在本线路末端最小两项短路电流故障情况下，有不小于1.5 的灵敏系数进行校验，时限设置一级时间差。

（3）Ⅲ段式保护整定按照可靠躲过本线路实际运行中出现的最大负荷电流进行整定，并按本线路末端最小短路故障情况下有不小于1.5 的灵敏系数进行近后备校验，保护时限应与下级线路的Ⅳ段保护进行配合，并要按相邻线路末端最小两相短路故障情况下，有不小于1.2 的灵敏系数进行远后备校验，也可用相邻元件末端最小两相短路电流有不小于1.2 的灵敏系数反算Ⅲ段保护定值。

（4）高压漏电保护的纵向选择性，按照采区变电所、井下中央变电所、地面变电所三级时限阶段整定，分别为0.1 s、0.3 s、0.5 s。

3 大数据供电云计算在煤矿的应用

长城二矿双回路电源引自焦化园110 kV 变电站，该变电站由鄂尔多斯市电业局所建并负责运行管理，距本矿井地面工业场地约3.6 km。线路均采用LGJ-240 钢芯铝绞线，公司选用35 kV 箱式变电站，35 kV、10 kV、10/0.4 kV 系统的配电设备以及10 kV 系统补偿电容、消弧消谐装置等设备均安装于箱体中，主变压器及10 kV 补偿电容系统的磁控电抗器室外安装。主变压器选型：SZ11-12500/35 35/10 kV，12 500 kVA，2 台并列运行，变压器负荷率60.0%。35 kV 系统选用XGN-40.5 型高压开关柜11 面，10 kV 系统选用XGN-12 型开关柜28 面，10/0.4 kV 系统选用GGD2 型低压开关柜9 面，SCB 10/0.4 kV、630 kVA 干式变压器两台（一台运行，一台备用）。

3.1 网页式登录

明信安全供电云平台实现了网页访问功能。通过浏览器登录www.hfmxs.com 访问本系统，完成绘图、计算、整定等操作，无需单独部署系统安装客户端。

3.2 一键式自动绘制地面供电系统图

根据框架式提示，快速绘制35～110 kV、6～10 kV 地面供电系统图，一键式绘制系统图的时间小于2 min。

3.3 一键式短路电流计算

系统图绘制完成后，一键式快速计算地面供电系统图短路电流，一键式短路电流计算的时间小于2 min。

3.4 一键式整定保护定值计算

系统图绘制完成后，人员利用云平台的提示进行核对，最后一键式快速计算地面开关保护定值并自动校验保护定值与动作时限配合关系，一键式短路电流与保护定值计算的时间小于2 min。

3.5 设计报告生成可选且一键式生成

通过供电云平台服务器计算完成后，一键式快速生成详细全面的煤矿井上、下供电计算报告，供电系统设计报告的内容主要包含：高压电缆选择与校验、短路电流计算、等值阻抗图、高压开关动热稳定校验、地面开关整定值计算过程以及整定值统计表。

4 大数据供电云计算的优势

4.1 智能动、热稳定校验

系统具备高压开关动、热稳定校验及高压电缆热稳定校验功能，对高压开关设置好断路器热稳定电流、热稳定时间及动稳定电流，对高压电缆设置好长度及型号即可一键进行动、热稳定校验，并且能够生成详细的计算过程。

4.2 数据云端共享

变压器、电缆及电动机等参数存储在云端、图纸与设计报告也在云端备份存储且图纸随时以DWG、PDF、JPG 等格式导出到本地，供电设计报告可直接导出。

4.3 防越级跳闸的整定算法保证供电系统安全

利用平台独特的基于电流电压联锁保护的整定算法，对线路长度过短加之系统运行方式变化较大时，传统的瞬时电流速断保护无法同时满足灵敏性和选择性的要求。若采用瞬时电流电压与保护作为线路的Ⅰ段主保护，基本能同时满足灵敏性和选择性的双重要求，有效地解决了煤矿高压线路较短时，瞬时电流速断保护（Ⅰ段）没有保护范围或存在越级跳闸的问题。

4.4 云备份

云平台实现了云备份功能，自动备份数据。对用户数据的备份，包括绘制的供电图纸和计算报告，这些数据均存放在数据库中，定期自动备份以保证数据的安全性。

5 实施效果及检验

利用供电云服务平台，在其服务器上，上传了35 V 配电柜88 组数据参数，10 kV 配电柜、+850中央配电柜、+520 中央配电柜上传785 组数据，井下低压供电系统上传2187 组数据，实现数据的云终端存储，并利用其终端服务计算功能，实现了云计算、云下载使用。

地面高压、井下高压、移变整定计算书如图1。

图1 地面高压、井下高压、移变整定计算书

6 结语

继电保护工作在煤矿生产工作中担负着重要地位和作用，利用大数据供电云计算，能够使得煤矿继电保护人员从繁重复杂的工作中解脱出来，数据输入后数值自动生成，将自动捋定短路整定计算单发布，提高了煤矿机电人员的技术水平与工作效率，避免煤矿供电保护装置出现拒动、误动及越级跳闸等现象，确保煤矿供电安全。