煤礦電網(wǎng)智能監(jiān)控及防越級(jí)跳閘系統(tǒng).doc

1、煤礦電網(wǎng)智能監(jiān)控及防越級(jí)跳閘系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū)徐州沃爾德科技有限公司概述煤礦供電系統(tǒng)的可靠性直接影響著煤礦的生產(chǎn)安全和人身安全,建設(shè)可靠、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是煤礦建設(shè)中關(guān)鍵要素之一.但因?yàn)槊旱V生產(chǎn)的特殊性,供電系統(tǒng)有其自身的一些顯著特點(diǎn)，而其中的一些特點(diǎn)又為供電的穩(wěn)定帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，如何結(jié)合煤礦電網(wǎng)的特點(diǎn)利用電力系統(tǒng)保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)解決當(dāng)前供電系統(tǒng)的具體問(wèn)題是建設(shè)和改進(jìn)供電系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容.該保護(hù)裝置具有完備的保護(hù)、測(cè)量、控制與監(jiān)視功能，特別是針對(duì)煤礦電網(wǎng)普遍存在線路短、多級(jí)變電所級(jí)聯(lián)的特點(diǎn)，該裝置不僅具有常規(guī)的保護(hù)功能，如短路、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)，最重要的是該裝置具有防止越級(jí)跳閘的功能。本裝置應(yīng)用

2、最新的全站數(shù)據(jù)共享的數(shù)字化變電站技術(shù),通過(guò)使用高速大容量的最新處理技術(shù)及高精度同步時(shí)鐘的技術(shù)及基于高速光纖通信網(wǎng)絡(luò)的光纖電流縱差保護(hù)原理來(lái)解決煤礦供電系統(tǒng)廣泛存在越級(jí)跳閘的問(wèn)題,提高煤礦供電系統(tǒng)的供電可靠性。該裝置也可以接入到煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠及時(shí)把井上和井下變電所的電氣參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、電量信息，故障信息等相關(guān)工況發(fā)送到地面調(diào)度室，方便領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備及電網(wǎng)運(yùn)行狀況。2系統(tǒng)整體描述Ø 煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)是我公司針對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的這些突出問(wèn)題而專(zhuān)門(mén)研制的供電自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)全面借鑒了電力公司在建設(shè)智能電網(wǎng)的智能變電站、智能配電網(wǎng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了煤礦

3、供電系統(tǒng)自動(dòng)化水平的全面升級(jí)與提高，徹底解決了困擾煤礦供電的越級(jí)跳閘突出問(wèn)題,進(jìn)而提高了煤礦供電的可靠性.Ø 該系統(tǒng)采用國(guó)際先進(jìn)的IEC1588為核心通訊架構(gòu),實(shí)現(xiàn)井上井下變電站、開(kāi)閉所一體化管理，同時(shí)就地分散分布式保護(hù)控制裝置在實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)控功能的同時(shí)完成積分電度計(jì)量的功能；系統(tǒng)采用特有的GOOSE通信技術(shù)能實(shí)現(xiàn)各裝置式之間的快速數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障的快速定位，實(shí)現(xiàn)全線路準(zhǔn)確快速動(dòng)作，避免越級(jí)跳閘情況的發(fā)生,直接提高了供電可靠性;此外，還采用輔助信號(hào)源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)準(zhǔn)確的單相接地點(diǎn)定位，從而可以快速準(zhǔn)確的切除故障點(diǎn)，避免不必要的停電。Ø 該系統(tǒng)是全礦井供電網(wǎng)絡(luò)

4、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的完整方案，其主要包括：地面集中監(jiān)控中心、地面變電站保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)、地面配電所保護(hù)自動(dòng)系統(tǒng)、井下中央變電所、采區(qū)變電所保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)、移動(dòng)變電站保護(hù)以及通訊分站等.Ø 其系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示. Ø 系統(tǒng)各模塊與授時(shí)服務(wù)器之間距離較遠(yuǎn),為了保證全網(wǎng)高精度的時(shí)鐘同步與維持，一方面要盡量減小傳輸過(guò)程中的延遲，采用高速的光纖以太網(wǎng)，高速光纖以太網(wǎng)交換機(jī)等，將傳輸延遲控制在亞微秒量級(jí);另一方面采取一定的動(dòng)態(tài)調(diào)整算法與協(xié)議，對(duì)同步時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和周期性校準(zhǔn),保證各模塊采樣時(shí)間的精確同步性。3 防越級(jí)跳閘原理本系統(tǒng)是采用光纖網(wǎng)絡(luò)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳

5、閘?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理是建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)之上，具有良好的選擇性，能靈敏、快速地切除保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障。本裝置利用光纖通信將輸電線路的各端的點(diǎn)流量及相位信息通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)的方式縱向連結(jié)起來(lái)，并傳送到對(duì)方進(jìn)行比較，用以判斷是本輸電線路內(nèi)部故障還是外部故障,從而決定是否動(dòng)作切除本線路.原理如圖(1).圖1 縱差電流差動(dòng)保護(hù)原理如圖（1）所示，在本系統(tǒng)中，我們采用縱差保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性短路保護(hù)。當(dāng)1點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，1點(diǎn)的短路電流會(huì)流過(guò)干線即2點(diǎn)，所以會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，我們采用0.1s的延時(shí)，1點(diǎn)故障排除后系統(tǒng)恢復(fù)正常，2點(diǎn)不會(huì)跳閘;但是當(dāng)母線即3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，2點(diǎn)斷路器應(yīng)該無(wú)延時(shí)跳閘，但也延

6、時(shí)0。1s，是個(gè)隱患，所以我們采用電流向量差來(lái)區(qū)別1點(diǎn)和3點(diǎn)的短路故障，即。當(dāng)1點(diǎn)故障時(shí)=0，當(dāng)3故障時(shí)0而且。這樣線路縱差保護(hù)從原理上基本實(shí)現(xiàn)，從而使該短路保護(hù)具有選擇性。4 系統(tǒng)主要功能4。1 徹底解決越級(jí)跳閘問(wèn)題為了保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備,地面中心變電站出線速斷保護(hù)一般采用無(wú)延時(shí)設(shè)計(jì)，由于線路主要采用電纜方式且距離并不長(zhǎng)，所以會(huì)和下級(jí)變電站出線或移動(dòng)變電站的電流保護(hù)的動(dòng)作區(qū)重合，從而失去選擇性.系統(tǒng)利用IEC1588的GOOSE技術(shù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)測(cè)控設(shè)備之間的快速信息交換，利用下級(jí)變電站保護(hù)動(dòng)作或饋出線保護(hù)動(dòng)作信號(hào)快速閉鎖本線路保護(hù)的速斷保護(hù)功能，從而實(shí)現(xiàn)選擇性.如下所示，考慮極限情況線路末端短路僅靠

7、電流定值無(wú)法滿(mǎn)足選擇性，所有流過(guò)故障電流的保護(hù)裝置均能啟動(dòng)速斷保護(hù),本保護(hù)裝置速斷啟動(dòng)同時(shí)向上一級(jí)發(fā)出閉鎖信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)下一級(jí)是否有閉鎖信息發(fā)出，如果檢測(cè)到閉鎖信息則閉鎖速斷出口，否則經(jīng)過(guò)一個(gè)短延時(shí)后跳閘，延時(shí)時(shí)間一般與GOOSE閉鎖信息可靠傳輸時(shí)間進(jìn)行配合,實(shí)際應(yīng)用中在4級(jí)及以下出線延時(shí)時(shí)間大于50ms即可保證信息傳輸?shù)目煽啃?。這樣各級(jí)線路保護(hù)的速斷定值不用考慮選擇性，只要保證靈敏度即可，實(shí)際應(yīng)用中可以采用相近或相似的定值。如果由于某種原因通信線路出現(xiàn)故障,則不能保證下級(jí)的閉鎖信號(hào)可靠傳輸，此時(shí)本級(jí)保護(hù)裝置經(jīng)短延時(shí)跳閘，避免事故擴(kuò)大。4。2 全方位優(yōu)化的智能一體化電力監(jiān)控功能煤礦智能供電一體

8、化監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)提高供電可靠性的同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際情況開(kāi)發(fā)了大量的實(shí)用化功能，使該系統(tǒng)能更完整的反應(yīng)一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，簡(jiǎn)化管理，優(yōu)化運(yùn)行。Ø 常規(guī)保護(hù)功能所有配電點(diǎn)配置新型的保護(hù)測(cè)控裝置，能完整實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路、變壓器、電容器、井下電纜等設(shè)備的保護(hù)功能，保護(hù)類(lèi)型包括電流保護(hù)、電壓保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。Ø 遠(yuǎn)程操作功能地面、井下供電系統(tǒng)各高壓供電點(diǎn)運(yùn)行模擬量、狀態(tài)量實(shí)時(shí)上傳；地面集中監(jiān)控中心遠(yuǎn)程分合操作、定值修改與維護(hù)。Ø 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和分析供電網(wǎng)絡(luò)中各高壓供電點(diǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，主要包括：電壓偏差、電壓合格率、頻率偏差、頻率合格率、電壓不平衡、諧波(1

9、5次）等。并在集中監(jiān)控平臺(tái)配置輔助分析功能。使用戶(hù)能清晰的了解整個(gè)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和諧波分布情況，并可據(jù)此采用相應(yīng)的治理策略。Ø 強(qiáng)大的故障錄波功能。系統(tǒng)各保護(hù)設(shè)備均支持強(qiáng)大的故障錄波功能,且錄波格式采用國(guó)際通用的COMTRADE格式，錄波長(zhǎng)度和啟動(dòng)條件可靈活設(shè)定，其中地面變電站設(shè)備最大錄波時(shí)間10s，井下保護(hù)設(shè)備最大錄波時(shí)間300ms，而且錄波數(shù)據(jù)可以自動(dòng)或手動(dòng)的方式上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心配置專(zhuān)業(yè)的分析工具進(jìn)行波形分析與數(shù)據(jù)挖掘，進(jìn)而輔助運(yùn)行人員快速判斷故障類(lèi)型和故障位置。Ø 自動(dòng)化的配置管理與在線仿真。由于供電網(wǎng)絡(luò)隨著綜采、綜掘工作面的變化而變化，因此快速自動(dòng)化的配

10、置管理與檢驗(yàn)變得越來(lái)越重要，系統(tǒng)輔助的自動(dòng)配置功能可以極大的簡(jiǎn)化運(yùn)行維護(hù)人員的工作量.系統(tǒng)支持運(yùn)行中或系統(tǒng)變更后的在線仿真功能,能模擬系統(tǒng)各個(gè)點(diǎn)故障檢查系統(tǒng)中各保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作行為，進(jìn)而檢查系統(tǒng)參數(shù)配置的合理性。Ø 面向系統(tǒng)的智能故障、告警。每次故障或告警,系統(tǒng)均能自動(dòng)進(jìn)行拓?fù)浞治錾沙山M的故障記錄，故障記錄包括故障時(shí)的故障回路的拓?fù)渲?、流過(guò)故障電流的各保護(hù)設(shè)備的啟動(dòng)或動(dòng)作情況、故障跳開(kāi)支路的動(dòng)作時(shí)間、電流大小及錄波波形等.該功能可以使運(yùn)行人員對(duì)每次故障及保護(hù)系統(tǒng)的反應(yīng)情況進(jìn)行綜合的了解，進(jìn)而解決潛在的整定或運(yùn)行問(wèn)題.5、系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)5。1系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)本系統(tǒng)采用最先進(jìn)的智能變電站與智能

11、配網(wǎng)技術(shù)與煤礦供電緊密結(jié)合的產(chǎn)物,能顯著提高供電系統(tǒng)的智能化水平并提高供電系統(tǒng)的可靠性。Ø 本系統(tǒng)是在不改變現(xiàn)有供電系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,采取集中采樣數(shù)據(jù)、集中處理判斷的方式,安裝方便，接線方便，并且維護(hù)簡(jiǎn)單。液晶顯示部分采用10。4吋高清晰度液晶，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)信息，修改和設(shè)置參數(shù)簡(jiǎn)單方便。對(duì)于數(shù)據(jù)的取樣是利用高爆開(kāi)關(guān)內(nèi)的電壓互感器、電流互感器采樣電壓信號(hào)和電流信號(hào)，利用安裝在高爆開(kāi)關(guān)內(nèi)的零序電流互感器采樣零序電流。Ø 本系統(tǒng)是基于光線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上的同步采樣數(shù)據(jù)，利用安裝在井上的高精度GPS同步和校時(shí)裝置，實(shí)現(xiàn)安裝在井下各變電所內(nèi)防越級(jí)調(diào)整裝置的數(shù)據(jù)的同步和數(shù)據(jù)信息共享，可以

12、精確可靠地判斷故障位置，及時(shí)可靠的切除故障支路,不影響其他線路的正常供電，真正做到了選擇性、可靠性、靈敏性與一體。另外對(duì)于保護(hù)定值參數(shù)的修改只要在地面的保護(hù)測(cè)控裝置上進(jìn)行即可，而傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)一般須下到井下操作.5.2系統(tǒng)特點(diǎn)Ø 標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，通訊介質(zhì)支持光纖或礦用專(zhuān)業(yè)通訊電纜。通訊規(guī)約采用國(guó)際通用的IEC1588，而該規(guī)約正是建設(shè)智能電網(wǎng)的核心通訊標(biāo)準(zhǔn),能徹底實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作性.此外，由于采用以太網(wǎng)作為通訊媒介，極大的提高了監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)反應(yīng)的速度，優(yōu)化了監(jiān)控系統(tǒng)的性能。Ø 智能化、系統(tǒng)化系統(tǒng)內(nèi)所有的保護(hù)測(cè)控裝置作為系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)合監(jiān)控中

13、心實(shí)現(xiàn)全礦井供電網(wǎng)絡(luò)的智能化.保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作策略不在僅僅根據(jù)本間隔的模擬信息，而是結(jié)合全網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行特征實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)保護(hù)，徹底解決越級(jí)跳閘問(wèn)題，且無(wú)需復(fù)雜的定值整定，極大降低了對(duì)運(yùn)行維護(hù)人員的要求；基于系統(tǒng)的單相接地選線策略不僅能準(zhǔn)確的選線，更可以實(shí)現(xiàn)定位到故障區(qū)段；面向系統(tǒng)的告警與自動(dòng)配置使系統(tǒng)成為一個(gè)互動(dòng)、智能、綜合協(xié)調(diào)的整體.Ø 施工簡(jiǎn)單、維護(hù)方便系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c常規(guī)電力監(jiān)控相似，與運(yùn)行人員的操作習(xí)慣相同,與維護(hù)人員的整定規(guī)則一致，而強(qiáng)大豐富的功能實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的配置與識(shí)別,而全部這些僅需要更換現(xiàn)有的保護(hù)測(cè)控裝置并搭建監(jiān)控中心即可實(shí)現(xiàn)，通訊網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)與礦用自動(dòng)化光纖環(huán)網(wǎng)復(fù)用。6。系統(tǒng)

14、組成結(jié)構(gòu)Ø 智能保護(hù)裝置采用上、下位機(jī)相結(jié)合的模式,上位機(jī)是一款高檔的單板機(jī)并且預(yù)裝了Microsoft公司的windows XP系統(tǒng)，人機(jī)交互界面是在XP系統(tǒng)下使用組態(tài)王的開(kāi)發(fā)環(huán)境,它具有鮮艷的色彩、友好的交互界面和豐富的交互內(nèi)容,并配有以太網(wǎng)接口用以接入工業(yè)以太網(wǎng)，功能極其強(qiáng)大；上位機(jī)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)全功能的，強(qiáng)大高效的,輕量級(jí)，免維護(hù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，它是一個(gè)開(kāi)源的，強(qiáng)大在,可以自由使用的數(shù)據(jù)庫(kù)。由于上位機(jī)本身就配備了大容量硬盤(pán)、超強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)以及以太網(wǎng)接口,所以本智能保護(hù)裝置本身就具備了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐能力和數(shù)據(jù)處理能力。下面是我們自主開(kāi)發(fā)的友好人機(jī)交互界面示圖: Ø 本智能保

15、護(hù)裝置不僅上位機(jī)擁有強(qiáng)大的人機(jī)交互功能、數(shù)據(jù)吞吐能力和數(shù)據(jù)處理能力，而且下位機(jī)同樣擁有超強(qiáng)的信號(hào)處理能力，可以同時(shí)處理18條支路路模擬量信號(hào)，這使得本裝置可以配備了各種保護(hù)功能。7 接線圖本智能保護(hù)裝置機(jī)箱包含有4套設(shè)備，每套設(shè)備包含四塊板卡，分別為電源板卡、信號(hào)處理板卡、繼電器板卡、主控板卡。每套設(shè)備獨(dú)立工作，并通過(guò)高速以太網(wǎng)交換信息，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能.系統(tǒng)接線以單套設(shè)備為單元，每套設(shè)備的外部接口包括：設(shè)備供電接口、模擬信號(hào)采集接口、開(kāi)關(guān)量輸入接口、開(kāi)關(guān)量輸出接口、液晶通信接口及網(wǎng)絡(luò)通信接口。7。1設(shè)備供電接口采用專(zhuān)用的設(shè)備供電電源線，連接到設(shè)備機(jī)箱背面的電源輸入口.7.2模擬信號(hào)采集接

16、口單套設(shè)備如果連接有母線，則最多可連接3條支線；如果不連接母線，則最多可連接5條支線.下面對(duì)這兩種情況下得接線方式進(jìn)行說(shuō)明。情況1:設(shè)備未連接有母線單套設(shè)備（未連接母線）接線圖模擬量輸入部分通道號(hào)接線定義備注說(shuō)明AD0支線1 支線1的A相電流AD1支線1 支線1的C相電流AD2支線1 支線1的零序電流AD3支線2 支線2的A相電流AD4支線2 支線2的C相電流AD5支線2 支線2的零序電流AD6支線3 支線3的A相電流AD7支線3 支線3的C相電流AD8支線3 支線3的零序電流AD9支線4 支線4的A相電流AD10支線4 支線4的C相電流AD11支線4 支線4的零序電流AD12支線5 支線5的

17、A相電流AD13支線5 支線5的C相電流AD14支線5 支線5的零序電流AD15保留預(yù)留備用情況2：設(shè)備連接母線（單套設(shè)備最多只允許接入一條母線）單套設(shè)備（連接母線）接線圖模擬量輸入部分通道號(hào)接線定義備注說(shuō)明AD0支線1 支線1的A相電流AD1支線1 支線1的C相電流AD2支線1 支線1的零序電流AD3支線2 支線2的A相電流AD4支線2 支線2的C相電流AD5支線2 支線2的零序電流AD6支線3 支線3 的A相電流AD7支線3 支線3的C相電流AD8支線3 支線3的零序電流AD9母線 母線A相電壓AD10母線 母線B相電壓AD11母線 母線C相電壓AD12母線 母線A相電流AD13母線 母線

18、C相電流AD14母線 母線零序電流AD15保留預(yù)留備用7。3開(kāi)關(guān)量輸入接口單套設(shè)備接線圖開(kāi)關(guān)量輸入部分，得到高爆開(kāi)關(guān)狀態(tài)通道號(hào)接線定義備注說(shuō)明DI0支線1的IO輸入支線1的開(kāi)關(guān)量輸入DI1支線2的IO輸入支線2的開(kāi)關(guān)量輸入DI2支線3的IO輸入支線3的開(kāi)光量輸入DI3支線4的IO輸入支線3的開(kāi)光量輸入DI4支線5的IO輸入支線4的開(kāi)光量輸入DI5母線的IO輸入母線的開(kāi)光量輸入DI6 DI15保留為以后擴(kuò)容預(yù)留7。4開(kāi)關(guān)量輸出接口單套設(shè)備接線圖開(kāi)關(guān)量輸出部分，用于控制高爆開(kāi)關(guān)通道號(hào)接線定義備注說(shuō)明DO0支線1的IO輸出支線1的開(kāi)關(guān)量輸出DO1支線2的IO輸出支線2的開(kāi)關(guān)量輸出DO2支線3的IO輸出支線3的開(kāi)關(guān)量輸出DO3支線4的IO輸出支線4的開(kāi)關(guān)量輸出DO4支線5的IO輸出支