機電隊防越級跳閘立項任務(wù)書

1、山西新元煤炭有限責(zé)任公司科研開發(fā)工程立項任務(wù)書工程名稱：井下高壓防越級跳閘系統(tǒng)的應(yīng)用 承擔(dān)單位： 山西新元煤炭有限責(zé)任公司目錄一、工程的背景和意義。二、國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 （包括知識產(chǎn)權(quán)狀況 ）三、承擔(dān)單位的技術(shù)優(yōu)勢和條件。四、工程目標、研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)。五、技術(shù)路線方案、課題分解。六、經(jīng)費的預(yù)算。七、年度進度和目標。八、預(yù)期成果 （包括經(jīng)濟效益 ）。九、工程負責(zé)人的技術(shù)水平和組織管理能力介紹。一、立項的背景和意義新元礦供電系統(tǒng)采用中性點經(jīng)消弧線圈裝置接地后向井下供電，以限制單相接地電容電流，并普遍存在以下特點：線路短、變 電所自動化程度低、多級變電所級聯(lián)導(dǎo)致拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此導(dǎo)致

2、 過流保護整定困難，也不能通過增加多個時間級差來保證保護的選 擇性。在發(fā)生兩相短路、三相短路故障、單相接地時出現(xiàn)越級跳閘 的情況。越級跳閘導(dǎo)致大面積停電、停風(fēng)，嚴重時引起井下瓦斯積 聚，威脅礦井和礦工人身的安全。因此，必須通過技術(shù)研發(fā)，采用 新技術(shù)解決煤礦供電系統(tǒng)中存在的越級跳閘問題，以提高供電系統(tǒng) 的安全可靠性，確保礦井生產(chǎn)和人生安全。本工程應(yīng)用最新的全站 數(shù)據(jù)共享的數(shù)字化變電站技術(shù)，通過使用高速大容量的最新處理技 術(shù)及高精度同步時鐘的專利技術(shù)及基于全站零序電流的漏電保護模 塊，來解決煤礦供電系統(tǒng)廣泛存在越級跳閘的問題，提高煤礦供電 系統(tǒng)的供電可靠性。二、國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 （包括

3、知識產(chǎn)權(quán)狀況 ）目前，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)和電子技術(shù)越來越多的 應(yīng)用于變電站內(nèi)，數(shù)字化的智能裝置也逐步增加，數(shù)字化變電站系 統(tǒng)已經(jīng)成為變電站的重要組成部分。目前國外已經(jīng)有數(shù)百套數(shù)字化變電站系統(tǒng)投運，國內(nèi)有好幾家 公司在這方面的研發(fā)已取得成果，并且有幾十套數(shù)字化變電站系統(tǒng) 投入運行。本工程基于全站數(shù)據(jù)共享的數(shù)字變電站系統(tǒng)及光纖縱差保護 （包括母線差動、線路縱差） ,應(yīng)用到新元礦井下供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中， 來開發(fā)研究解決存在多年的因受零時限保護配合限制而造成越級跳 閘問題。三、承擔(dān)單位的技術(shù)優(yōu)勢和條件現(xiàn)有的基于數(shù)字化變電站的差動保護技術(shù)基礎(chǔ)完全可滿足對地 面電力系統(tǒng)的需求并且原理先進、科技含量高

4、，地面現(xiàn)場的實際使 用效果也證實了它的優(yōu)點，但要引入礦井（包括地面和井下）仍需 進行技術(shù)攻關(guān)和論證；為配合井下數(shù)字化變電所安裝，現(xiàn)用的高壓 防爆開關(guān)已不能滿足需要，必須進行改造；地面變電所現(xiàn)有的電氣 設(shè)備不能完全適應(yīng)數(shù)字化供電系統(tǒng)建設(shè)要求，必須增加必要的設(shè)施 和設(shè)備。由于全站數(shù)據(jù)共享，保護的對像由原來單一的線路、變壓器、 母線上升到基于全站的高度，方便的實現(xiàn)線路縱差、母線差動保 護，且不增加硬件投資。通過配置差動保護作為線路和母線的主保 護能解決煤礦供電系統(tǒng)廣泛存在的因短路等原因引起的越級跳閘的 問題。保護軟件模塊化，能根據(jù)現(xiàn)場要求靈活配置所需的保護和測 控模塊，實現(xiàn)相應(yīng)的保護和測控功能。雙重

5、化的保護配置，提高了 保護的可靠性，大大減小了由于保護裝置故障導(dǎo)致的保護拒動的可 能性。就地安裝礦用智能保護器實現(xiàn)模擬量、開入量的數(shù)字化，通過光 纖上送至保護裝置，取消了傳統(tǒng)系統(tǒng)的二次電纜，解決了二次電纜 容易受到電磁干擾的問題，大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性，且光纖 價格低廉，重量輕，施工方便，系統(tǒng)總費用低，節(jié)約了用戶投資。四、工程目標、研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)消除煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘事故，達到煤礦供電系統(tǒng)可以安 全、穩(wěn)定運行，礦井生產(chǎn)可以有序進行的目的。實驗內(nèi)容：1、防越級跳閘實驗；2、漏電保護實驗；技術(shù)關(guān)鍵：1 、對井下高壓防爆高開按光纖保護要求進行改造，增加專用光 纖熔接腔，并在改造后重新進行防

6、爆性能鑒定；2、基于嵌入式實時操作系統(tǒng)，高可靠性和良好實時性的保護軟 件系統(tǒng)（含適用于煤礦井下動力電纜的光纖縱差保護軟件）。3、基于超大規(guī)模 FPGA 和多 DSP 內(nèi)核并行處理技術(shù)，實現(xiàn)全 系統(tǒng)保護和測控功能的保護主機。4、高電磁兼容性能，能在電磁干擾嚴重的井下高開柜內(nèi)安全、 穩(wěn)定工作的礦用智能保護器。5、基于高速點對點光纖數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，滿足防爆要求的低 功耗礦用隔爆型光傳輸接口。6 、實現(xiàn)了基于“海量 ”存儲技術(shù)的全系統(tǒng)故障錄波功能7、高精度同步采樣技術(shù)。技術(shù)經(jīng)濟指標：防越級跳閘裝置的使用保障了新元礦供電系統(tǒng)的安全可靠性， 減少了因短路、小電流漏電導(dǎo)致的大面積停電、停風(fēng)，為新元礦生 產(chǎn)

7、規(guī)模的擴展提供了一個很好的保障。五、技術(shù)路線方案、課題分解系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層 3個層次構(gòu)成。過程層與一次設(shè)備緊密相連，完成數(shù)據(jù)采集及執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)傳遞；間隔層實現(xiàn) 變電站內(nèi)設(shè)備的保護與控制，并實現(xiàn)相關(guān)的控制閉鎖和間隔級信息 的人機交互功能；站控層完成對站內(nèi)間隔層設(shè)備、一次設(shè)備的控制 及與遠方控制中心、工程師站及人機界面通信的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖1:高速光纖網(wǎng)絡(luò)將采樣的數(shù)據(jù)上送至位于地面變電站的集中式保護主機，基于全站數(shù)據(jù)共享的保護主機按如下原則配置保護和自動裝置，保護配置示意圖如圖2 :1、在個變電所之間的聯(lián)絡(luò)線配置雙側(cè)線路差動保護；在各變電 所母線配置母線差動保護；在負荷線路配置

8、過流速斷保護，由于以 上速動保護完全覆蓋了整個配電系統(tǒng)且均有明確的動作區(qū)，配電系 統(tǒng)任一處故障時保護均能按最小停電原則立即動作，因此解決了越 級跳閘問題。韓莊風(fēng)井35KV變電站韓莊風(fēng)井35KV變電站韓莊風(fēng)井35KV變電站（風(fēng)專）II南區(qū)二條帶機頭配電室1920 21222324 11藍色方塊代表速斷過流保護紅色三角形代表光纖差動保護黃色圓形代表母線差動保護黑色星形代表漏電保護接地選線2、在各條線路配置基本的線路保護：方向過流保護，低壓保護、過壓保護，過負荷告警，PT斷線告警，CT斷線告警，電纜絕緣監(jiān)視等。3、配置基于全系統(tǒng)零序電流的漏電保護，杜絕由于判斷錯誤導(dǎo) 致的越級跳閘。4、礦用智能保護器

9、具有就地保護功能，當?shù)V用智能保護器和保 護主機的通訊完全中斷時能提供完整的就地保護。5、基于全站的，每周波256點的故障錄波，提供相對傳統(tǒng)微 機保護更全面的故障信息，能進行更加全面的故障分析六、經(jīng)費的預(yù)算1、預(yù)算材料或設(shè)備名稱規(guī)格及型號單位數(shù)量單價（萬 元）金額（萬 元）生產(chǎn)廠家備注遠動主機DMP5108臺144南京磐能保護主機DMP5150臺22020南京磐能可帶78路合并單元-線路DMP5211臺313南京磐能礦用智能保護 器DMP5102B臺31.13.3南京磐能前置主機HP780臺10.80.8美國惠普調(diào)度主機HP780臺20.81.6美國惠普硬件防火墻ASA5505-K8臺111美國

10、思科MOXA 卡CP118U臺10.50.5臺灣MOXA網(wǎng)絡(luò)交換機KDS-16C臺20.51南京恒達 奧克液晶顯示器22寸液晶臺30.20.6美國惠普激光打印機HP5200LX臺10.950.95美國惠普監(jiān)控軟件SE-900套133南京磐能不間斷電源（2KVA）STK-C2KS套20.51深圳山特光纖收發(fā)器臺20.150.3南京百銳設(shè)計安裝調(diào)試 費項122南京磐能合計43.05七、年度進度和目標2011年第四季度完成智能配電系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況全面綜述報 告、到陽煤集團二礦進行詳細的調(diào)研，充分了解煤礦供電系統(tǒng)的要 求、特點以及負荷分類及其特性，并完成詳細的調(diào)研報告、給出分 布式電源的配置與控制技

11、術(shù)方案、反越級跳閘的短路電流限制技術(shù) 方案、本安型諧波、無功、電壓波動與閃變綜合補償方案與電纜單 相接地損傷選線識別技術(shù)方案。2012年第一季度完成方案的理論分析與仿真研究、研制對應(yīng)方 案的物理模擬樣機及其控制系統(tǒng)，進行驗證。2012年6月開始進行現(xiàn)場安裝防越級跳閘保護裝置。2012年7月底完成開發(fā)對應(yīng)方案的工業(yè)裝置及其控制系統(tǒng)， 進行現(xiàn)場調(diào)試與運行。2012年12月底完成總結(jié)與成果鑒定，給出高可靠性煤礦智能供電系統(tǒng)方案與配置并推廣應(yīng)用八、預(yù)期成果 （包括經(jīng)濟效益 ）。1.直接經(jīng)濟效益按平均生產(chǎn)原煤按 6000 噸計算，則原來停一次電需 2 小時送 電周期，影響產(chǎn)量 750 噸，而按現(xiàn)在停一次

12、電只需 5 分鐘之內(nèi)完 成，影響產(chǎn)量只有幾十噸，可為企業(yè)挽回經(jīng)濟損失 37.5 萬元（每噸 按 500 元計算）。按歷年停電次數(shù)統(tǒng)計，平均每年因故障停電 8 次，則每年可為企業(yè)減少 300 萬元的經(jīng)濟損失。在減人提效方面，安裝該系統(tǒng)的配電點可以實現(xiàn)遠程控制，可 以減少 12 個崗位維護人員，每工按 100 元計算，一年可以節(jié)約工 資費用 43.8 萬元。此外，該系統(tǒng)應(yīng)用之后，可以有效的杜絕越級事故的發(fā)生，及 造成的設(shè)備損失，減少設(shè)備及配件的投入，每年可以節(jié)省 80 萬元 的成本投入。以上有價可計算的經(jīng)濟效益每年約 423.8 萬元。2. 間接經(jīng)濟效益 該系統(tǒng)除了保護功能外還實現(xiàn)了全系統(tǒng)故障錄波

13、功能。而且基 于全站數(shù)據(jù)共享和強大的保護主機，數(shù)據(jù)深度加工和挖掘空間大， 為實現(xiàn)電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)視，諧波分析等功能提供了條件，從而減少 購買這些昂貴的專用設(shè)備，可以產(chǎn)生巨大的附加經(jīng)濟效益。3. 社會效益1 ）停電會造成局扇無計劃停風(fēng)。 2 小時的停電停風(fēng)會造成瓦 斯大量集聚，恢復(fù)送電后需要 1 小時左右排放瓦斯，給安全造成重 大隱患，而 5 分鐘的停電不會形成瓦斯集聚，可以迅速恢復(fù)生產(chǎn)。2 ）發(fā)生緊急情況（如瓦斯超限、火災(zāi)等）可以在地面操作快速 停電，防止事故擴大。3 ）安裝該系統(tǒng)的配電室可以實現(xiàn)無人值守，解決了崗位人員緊 張的局面。九、工程負責(zé)人的技術(shù)水平和組織管理能力介紹磐能電氣控制系統(tǒng)有限公司，主營業(yè)務(wù)是電力系統(tǒng)自動化、工 業(yè)控制自動化等，主要產(chǎn)品有：變電站微機保護測控裝置、高壓線 路保護、母線保護、主變保護裝置、發(fā)電廠微機保護、網(wǎng)控系統(tǒng)、 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)、電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、電能 質(zhì)量檢測和直流電源系統(tǒng)等，重點經(jīng)營低壓智能配電自動化系統(tǒng)、 智能數(shù)字化電力儀表、視頻監(jiān)控和