摘 要：為了提高煤礦的安全性和可靠性，適應(yīng)現(xiàn)代化礦井建設(shè),，構(gòu)建了基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的煤礦電網(wǎng)系統(tǒng),，重點介紹了系統(tǒng)的設(shè)計方案、結(jié)構(gòu),、功能,，給出解決越級跳閘和自適應(yīng)漏電保護等相關(guān)技術(shù)。該系統(tǒng)經(jīng)實際應(yīng)用,，實現(xiàn)了井下7個配電室的遠(yuǎn)程集中,、遙控、遙測,、遙信,、遙調(diào)等功能，提高了煤礦生產(chǎn)自動化水平,，強化了礦井電網(wǎng)安全,，防止井下大面積停電和越級跳閘等事故的發(fā)生，縮短故障處理時間,，為終實現(xiàn)井下變電所無人值守創(chuàng)造了條件,。
關(guān)鍵詞： 工業(yè)以太網(wǎng)；電網(wǎng),；越級跳閘
0 引言
新元公司取得過3個地面變電站,，分別為110 kV變電站、中央風(fēng)井35 kV變電站,、韓莊風(fēng)井35 kV變電站,。110 kV變電站位于工業(yè)廣場內(nèi)內(nèi)，擔(dān)負(fù)新元公司工業(yè)廣場10 kV,、中央風(fēng)井35 kV,、韓莊風(fēng)井35kV變電站的供電任務(wù),。礦井人井10 kV電纜共計13趟(包括風(fēng)機系統(tǒng))，電源分別引自中央風(fēng)井場地35 kV,、韓莊35 kV,、工業(yè)場地110 kV變電所。井下10 kV配電室有9個,，各變電所兩回路電源電纜任一回路停運時,，另一回路仍可滿足其所帶全部負(fù)荷的需要。為滿足集團公司推進現(xiàn)代化礦井發(fā)展的需要,，有效實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行,，新元公司于2014年開始進行電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，經(jīng)過近一年的運行,，基本實現(xiàn)了井下電網(wǎng)系統(tǒng)7個配電室的遠(yuǎn)程集中,、就地和遠(yuǎn)程操作，實現(xiàn)了“四遙"功能,。
1.新元煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
新元煤礦井下電網(wǎng)系統(tǒng)主要由地面中心,、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換中心、地面保護主機,、井下數(shù)據(jù)傳輸分站,、高爆開關(guān)綜合保護器、相關(guān)組態(tài)軟件和其它輔助設(shè)備構(gòu)成,，井下電網(wǎng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示,。
1.2系統(tǒng)構(gòu)建
（1）新元公司電網(wǎng)系統(tǒng)地面中央風(fēng)井35 kV變電站和110 kV變電站共計接人6臺人井線路保護裝置,。井下電網(wǎng)系統(tǒng)接入井下7個配電室,，分別是：中央配電室、煤倉配電室,、南區(qū)中央配電室,、集中膠帶巷配電室、9“煤中央配電室,、西一和西二配電室,。
（2）將井下7個配電室約90臺高開綜合保護器更換升級為ZBT—llc型級聯(lián)縱差綜合保護器，該保護器是具有消除越級跳閘功能的新一代高開綜合保護器,，它集保護,、測控、通信,、故障錄波,、電能計量統(tǒng)計分析、諧波含量分析功能于一體,。低壓饋電開關(guān)保護器更換為能夠和IQl37電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信的智能綜合保護器,。目前使用的低壓饋電開關(guān)均能實現(xiàn)和電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信,。
（3）分別在井下7個配電室安裝KJ360一F礦用隔爆型電力分站，將配電室內(nèi)的高低壓開關(guān)與分站聯(lián)接,，就地實現(xiàn)高低壓設(shè)備集中控制,，同時，安裝視頻攝像頭,，實現(xiàn)遙視功能,；另一方面通過礦用千兆環(huán)網(wǎng)將保護器數(shù)據(jù)上傳至地面調(diào)度中心，實現(xiàn)遠(yuǎn)程“四遙"功能,。
（4）地面機電調(diào)度和井下中央配電室均設(shè)置一中心(能夠?qū)崿F(xiàn)地面井下實時),，保證地面調(diào)度指揮與井下人員操作實時一致，中心包括：地面調(diào)度中心主機,、井下中心主機,、網(wǎng)絡(luò)交換機、打印設(shè)施等,。
（5）在井下配電室安裝DXBl27／127礦用隔爆型電源,，為保護器和電力通信分站或網(wǎng)絡(luò)交換機提供可靠的工作電源和操作電源，保證在電網(wǎng)波動和交流失電情況下維持設(shè)備正常工作,。
（6）在地面調(diào)度中心,、井下中央配電室、綜合樓機電隊辦公室安裝電力客戶端,，在地面信息中心機房設(shè)置電力(通信)服務(wù)器2臺,，安裝的KJ360電力組態(tài)軟件，采用雙機熱備的工作方式,，實現(xiàn)地面調(diào)度中心對地面,、井下高壓的遠(yuǎn)程
2.主要功能
（1）實現(xiàn)地面調(diào)度中心對井下電網(wǎng)的實時監(jiān)測功能，監(jiān)測高,、低壓每個回路的電流,、電壓、絕緣電阻,、有功電量,、無功電量、開關(guān)分合位置,、保護信號,、室內(nèi)視頻、室內(nèi)溫度等實時狀態(tài),。同時預(yù)留接口,，能夠?qū)崿F(xiàn)與地面的銜接。
（2）對及網(wǎng)路傳輸系統(tǒng)中各種保護信息進行實時告警,，當(dāng)發(fā)生開關(guān)跳閘,、保護動作,、網(wǎng)絡(luò)傳輸中斷等事件時，將自動調(diào)出故障所在的畫面,，具備故障閉鎖,、事件記錄、查詢功能,。
（3）根據(jù)權(quán)限設(shè)置,，分級實現(xiàn)開關(guān)分合閘操作管理、定值管理,、電量管理,、報表管理、歷史數(shù)據(jù)管理,、故障錄波分析與打印,、規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能,。
（4）通過地面調(diào)度中心安裝的通信服務(wù)器和液晶顯示器,，井上、井下變電所可進行通信,，顯示井下變電所的視頻信息,，并可實現(xiàn)人機交互操作。此外還有歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索功能,、曲線存儲與檢索功能,、報表設(shè)計與檢索打印功能、圖形畫面組態(tài)功能,、web瀏覽功能,、設(shè)備檔案管理和自診斷功能等
3.電網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)
3.1 分布式智能速斷防越級保護系統(tǒng)
系統(tǒng)建設(shè)中，主要是升級改造保護器為防越級保護器,，安裝防越級交換機,，搭建光纖縱差通道,。防越級保護系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖如圖2所示
3.1.1基本原理
采用網(wǎng)絡(luò)化基因圖譜算法,，利用開關(guān)間交換故障信息進行協(xié)商的形式，判斷故障區(qū)段,，實現(xiàn)全網(wǎng)零秒速斷,，以達到防越級跳閘的目的。
3.1.2主要特點和效果
可實現(xiàn)級聯(lián)縱差保護,、母差保護,、三段式過流、零時延智能后備保護,。該系統(tǒng)保護分散,，可就地安裝,，獨立跳閘，符合電網(wǎng)公司的要求,。系統(tǒng)具有分布式無主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，對通信依賴小，故障信息協(xié)商,，風(fēng)險分散,，可靠性高。系統(tǒng)分層,、分布式光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,，保護功能就地完成，可靠性高,。變電所間級聯(lián)縱差保護可避免站間越級,，母線故障快速動作差動保護可防止電網(wǎng)擾動，“T"接線差動可滿足“一拖多"供電網(wǎng)絡(luò),，零時延智能后備保護可消除傳統(tǒng)后備保護時間累積效應(yīng)的缺點,，光纖縱差通道實時、動作行為實時,。
3.1.3實現(xiàn)方式
利用分散安裝的ZBT．1 1 C級聯(lián)縱差保護器,，通過保護信息網(wǎng)快速交換信息，快速判斷故障區(qū)段,，可準(zhǔn)確快速切除距故障近的上級開關(guān),，達到防越級跳閘的目的。
3.2激勵式自適應(yīng)漏電保護系統(tǒng)
傳統(tǒng)的漏電保護方法是以接地電流本身的故障特征作為故障判據(jù),，由于井下電網(wǎng)運行方式變化較大,，歷次接地時，接地電流特征都不穩(wěn)定,，造成了以接地電流特征為判據(jù)的漏電保護經(jīng)常起不到作用,，故采用激勵式自適應(yīng)漏電保護系統(tǒng)。激勵式自適應(yīng)選擇性漏電保護系統(tǒng)由SY3603智能選漏保護終端,、SY3601信號注入裝置,、高爆開關(guān)中的ZBT一11C級聯(lián)縱差綜合保護器構(gòu)成。ZBT．11 C,、SY3603安裝在井下高壓開關(guān)中,，SY3601安裝在地面10 kV變電所中，每段母線安裝一臺SY3601信號注入裝置,。信號注人裝置在探測到有接地故障時,，向接地相注入特殊信號(非工頻信號)，經(jīng)分散安裝的高開綜合保護器檢測，信號量值達到設(shè)定值時,，即判定為線路接地,，漏電保護跳閘。SY3600煤礦電網(wǎng)漏電保護系統(tǒng)如圖3所示
3.3 瞬時失壓誤動缺陷的完善
煤礦井下電網(wǎng)在遭受雷擊,、大負(fù)載類設(shè)備啟動,、出口處短路等情況時，容易造成電網(wǎng)電壓瞬間波動或下降,，繼而無壓釋放線圈誤動,，引起井下大面積開關(guān)跳閘。為了解決這個問題,，為每臺高壓防爆開關(guān)配置一臺KYD-01瞬時失壓智能控制模塊,，保證交流失壓情況下，在0～5 S內(nèi)維持無壓釋放線圈正常工作,，母線瞬時失壓時,，高壓防爆開關(guān)不會誤動跳閘。KYD-01智能無壓釋放線圈控制模塊由開關(guān)電源模塊,、單片機延時控制電路,、控制及告警電路、智能電容充放電回路組成,，其電源額定電壓為交流100 V,，源電壓波動范圍為75％～110％，額定輸出電壓24 V,，保持時間0—5 s可調(diào),，級差0．5 S，無壓時,，可輸出常閉接點,，供自動化系統(tǒng)使用。瞬時失壓智能控制模塊原理如圖4所示
4.解決對策
（1）山源KJ360礦用電力系統(tǒng)與磐能綜合保護器配合的問題,。由南京磐能公司將分站通訊協(xié)議改為常用的MODBUS通訊協(xié)議,，修改后系統(tǒng)運行正常，解決了保護器“死機"或不通信問題,。
（2）高壓防爆開關(guān)遠(yuǎn)程操作拒動問題,。根據(jù)檢修計劃，在總調(diào)度控制室有計劃地對井下所有高壓防爆開關(guān)進行遠(yuǎn)程分合閘操作,，發(fā)取得過6臺次4臺高壓防爆開關(guān)出現(xiàn)分合閘拒動情況,。經(jīng)查,，4臺次拒動是開關(guān)本身機構(gòu)問題,，2臺次拒動是山源分站與磐能綜合保護器之間銜接出現(xiàn)問題，通過分析和檢查，解決了問題,。
（3）電力系統(tǒng)不能啟動問題,。煤礦信息中心機房2臺電力服務(wù)器系統(tǒng)出現(xiàn)不能啟動問題，顯示數(shù)據(jù)庫連接異常,，導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)不能正常運行,。將服務(wù)器1 SQL server 2008數(shù)據(jù)庫配置更改為SQL server和windows混和身份驗證模式，服務(wù)器2重新導(dǎo)人系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫文件,，重新配置服務(wù)器雙機熱備,。通過處理，系統(tǒng)可正常運行,，服務(wù)器實現(xiàn)雙機熱備模式,。
（4）人員培訓(xùn)問題。針對運行階段出現(xiàn)的系統(tǒng)管理與操作人員不能適應(yīng)新裝備,、工藝的問題,，新元公司機電系統(tǒng)已制定出培訓(xùn)計劃及修改相應(yīng)制度、規(guī)程,，以保證電網(wǎng)集控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行,。
5.安科瑞配電室環(huán)境系統(tǒng)的介紹與選型
5.1簡介
安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗,，了安科瑞配電室綜合系統(tǒng),，實現(xiàn)了智能開關(guān)柜運行、高壓開關(guān)柜帶電顯示,、電流電壓等負(fù)載運行,、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測,、環(huán)境監(jiān)測,、有害氣體監(jiān)測、安防,、采暖通風(fēng),、門禁、燈光,、風(fēng)機,、除濕機、空調(diào)控制等功能,。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制,，實現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障,，保證維護人員,，延長設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理,。
5.2系統(tǒng)功能
5.2.1 通信管理
安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進行管理,、添加、刪除,、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測,。
5.2.2實時監(jiān)測
安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設(shè)備的運行狀態(tài),，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息,，如視頻、溫度,、濕度,、漏水/水浸、水位,、有害氣體和電參量等,。實時顯示有關(guān)故障、告警等信息,。
5.2.3 數(shù)據(jù)查詢
在人機界面中,，可以直接查看配電室個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。
5.2.4曲線查詢
在曲線查詢界面,，可以直接查看遙測參量曲線,，包括溫度、濕度,、水位,、有害氣體、電壓,、電流等曲線,。
5.2.5運行報表
查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表,、月報表,、年報表和查詢報表等。
5.2.6實時告警
科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)具有實時告警功能,，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體,、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警,。告警如右圖所示：
5.2.7 歷史事件查詢
安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯,、查詢統(tǒng)計,、事故分析,。
5.2.8 用戶權(quán)限管理
為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作,，數(shù)據(jù)庫修改等）,?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,，為系統(tǒng)運行,、維護、管理提供可靠的保障,。
5.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài),，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€診斷設(shè)備通信狀態(tài),，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
5.2.10遙控操作
安科瑞智能配電室綜合系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠(yuǎn)程遙控操作,。
5.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境系統(tǒng)推薦配置選型
6.結(jié)語
（1）新元煤礦井下電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在保證整個電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性,、安全性的前提下，實現(xiàn)了井下電網(wǎng)自動化遠(yuǎn)程監(jiān)測管理,。
（2）系統(tǒng)采用分布式智能速斷保護原理,，縱差保護作為主保護，零時限智能后備作為遠(yuǎn)后備保護,，實現(xiàn)防越級跳閘的功能
（3）激勵式自適應(yīng)漏電保護系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)漏電保護方法中以接地電流本身的故障特征作為故障判據(jù)的局限性,。
（4）井下7個高壓配電室及主要低壓實現(xiàn)就地的同時，通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)將保護器數(shù)據(jù)上傳至地面調(diào)度中心,，實現(xiàn)遙測,、遙信、遙控,、定值遙調(diào),、遙視功能，達到集中,，具備了無人值守條件,。
（5）各配電室及變電站的電力分站通過礦用千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)平臺將各配電室開關(guān)信息上傳到信息中心服務(wù)器，終實現(xiàn)地面信息中心兩臺服務(wù)器,、礦井總調(diào)客戶端,、機電隊辦公室客戶端、井下中央配電室客戶端對井下各開關(guān)的遠(yuǎn)程集中控制,，實現(xiàn)了“地面控制為主,，井下控制為輔"的控制模式,。
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