煤礦智能供電系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用研究

煤礦智能供電系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用研究

Summary:隨著煤礦自動(dòng)化、信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)煤礦電力系統(tǒng)的智能化管理提出了更高的要求。依托智能綜合防護(hù)設(shè)備，構(gòu)建了一套完整的智能電網(wǎng)監(jiān)測(cè)體系，為煤礦供電安全提供了保障。Keys:煤礦井下；變電所；智能供電系統(tǒng)；無人值守引言:隨著我國(guó)礦山建設(shè)的加快，機(jī)械化、自動(dòng)化和信息化水平的不斷提高，大功率設(shè)備、變頻器等大功率設(shè)備的大量使用，使得煤礦的電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)行條件也日趨復(fù)雜。在為煤礦節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也為電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來了新的問題，例如：大功率設(shè)備對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊、終端電壓下降、非線性負(fù)荷引起的諧波污染等。另外，當(dāng)前礦井的電力供應(yīng)還存在跳閘、調(diào)整困難、無人值守系統(tǒng)不健全等問題，這些都是影響礦井供電可靠性的重要因素。一、智能供電系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)（一）實(shí)現(xiàn)“智能化”目標(biāo)需解決的主要問題煤礦供電系統(tǒng)無人值守建設(shè)已有一定的歷史，但是隨著智能化技術(shù)的提高，對(duì)煤礦供電系統(tǒng)也提出了很多新的要求。通常在改造工程開工之前，項(xiàng)目組列出了該公司幾年來的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，并對(duì)“無人化”改造中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了總結(jié)，并根據(jù)各部門對(duì)供電系統(tǒng)的反饋意見，參照專家的意見，提出了實(shí)現(xiàn)“智能化”的主要問題：a）變電站的電力監(jiān)測(cè)和防越級(jí)跳閘系統(tǒng)投入使用后，未能正常工作，低壓饋電信息不能上載至監(jiān)測(cè)平臺(tái)。b)在出現(xiàn)故障跳閘后，頂閘到變電站的高壓開關(guān)，常常無法判斷出是哪個(gè)開關(guān)出現(xiàn)了故障，必須采取逐級(jí)試送的方法來判定故障區(qū)域，因?yàn)橥C(jī)連接流程比較繁瑣，導(dǎo)致工作面停電時(shí)間比較長(zhǎng)。c)采用差動(dòng)保護(hù)來解決傳統(tǒng)的越級(jí)跳閘問題，但由于各種因素的影響，以及各個(gè)級(jí)別的開關(guān)和線路的響應(yīng)時(shí)間不同，導(dǎo)致對(duì)故障的判斷和實(shí)施有誤操作；由于地下高壓開關(guān)的過流、速斷的整定方法和原理不同，出現(xiàn)短路或起動(dòng)電流時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘或越級(jí)跳閘的危險(xiǎn)，從而影響電力系統(tǒng)的可靠性，造成大規(guī)模的停機(jī)停電。d)在雷電、暴雨等特定氣候條件下，暴露于架空線路或避雷器接地處將出現(xiàn)雷擊，并使高壓開關(guān)失去電壓而啟動(dòng)[1]。由于高壓開關(guān)不能調(diào)節(jié)斷壓的時(shí)間，如果時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)對(duì)電器設(shè)備造成損傷，如果時(shí)間太短，就會(huì)導(dǎo)致大范圍的井下斷電。e)選擇性漏電保護(hù)功能有待改進(jìn)，對(duì)故障線路的錯(cuò)誤判斷不正確，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過流漏電，在故障線路送電時(shí)會(huì)出現(xiàn)二次頂閘。（二）智能供電系統(tǒng)改造目標(biāo)a)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面、井下電力供應(yīng)和設(shè)備的綜合監(jiān)測(cè)；保護(hù)、測(cè)控功能結(jié)合工程改造實(shí)現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的故障可視化，即在系統(tǒng)出現(xiàn)短路、特別是跳閘后，提供清晰、完整的記錄和數(shù)據(jù)。b)調(diào)節(jié)保護(hù)定數(shù)值僅限于管理員帳號(hào)，由專門的管理人員管理，未經(jīng)授權(quán)的人不能使用，設(shè)定的數(shù)值在超出正常范圍的時(shí)候可以用聲音提醒。c)改進(jìn)電力供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性和選擇性，在多個(gè)層面上確定故障區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)判斷和過濾失壓現(xiàn)象，回憶失壓越級(jí)跳閘的頻帶，識(shí)別短路和起動(dòng)電流之間的差別，減少故障發(fā)生的次數(shù)和次數(shù)。d)實(shí)現(xiàn)井下變電所的視頻連接，也就是在運(yùn)行和失效的條件下，正確地將視頻轉(zhuǎn)換到運(yùn)行或故障間隔的斷路器。e)各變電所安裝的變壓器溫度和環(huán)境煙霧探測(cè)器，并在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行顯示。f)用于執(zhí)行對(duì)其它地面變電所（配電房）電力系統(tǒng)的操作監(jiān)控和操作功能的系統(tǒng)預(yù)留接口。二、智能供電系統(tǒng)項(xiàng)目改造方式在改造中，以礦井原有的無人值守供電系統(tǒng)為主體，在不改變?cè)╇娤到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)實(shí)際供電狀況對(duì)其進(jìn)行了改造，并加入了讀出、記錄等功能，使其更具經(jīng)濟(jì)性和可操作性[2]。在礦井安全指揮中心或機(jī)電設(shè)備管理機(jī)構(gòu)增設(shè)電力調(diào)度監(jiān)測(cè)中心，并利用現(xiàn)有或正在增設(shè)的光纖環(huán)網(wǎng)，對(duì)礦井高壓、低壓設(shè)備進(jìn)行電力監(jiān)測(cè)，并可通過通信服務(wù)器（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器）與礦調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交流。建立電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，安裝電力調(diào)度室的軟硬件，替換變電站的高壓開關(guān)保護(hù)裝置，增設(shè)通信分站，連接通信環(huán)網(wǎng)，與電力調(diào)度、安全生產(chǎn)指揮中心進(jìn)行通信。在礦井中心變電站設(shè)置監(jiān)測(cè)分站，采用以太網(wǎng)、高壓開關(guān)保護(hù)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由分站與其他分站、地面交換機(jī)通信，形成通信環(huán)網(wǎng)，與上級(jí)變電站構(gòu)成防越級(jí)跳閘，使井下變電站故障不會(huì)越級(jí)到上級(jí)變電站。三、智能供電系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)方案（一）電力調(diào)度監(jiān)控中心建設(shè)1.智能電網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)以某煤礦為例，監(jiān)控中心配有智能電網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)器、通道柜、音響、計(jì)時(shí)器等；該系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)為Windows10/server-2016，用于采集地面和井下電力監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行整理和存儲(chǔ)。監(jiān)控系統(tǒng)采用以太環(huán)網(wǎng)與預(yù)處理服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的數(shù)字化、自動(dòng)化控制，并能在環(huán)網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布[3]。監(jiān)控客戶機(jī)主要負(fù)責(zé)監(jiān)控井下各個(gè)變電站的開關(guān)，并預(yù)留外部系統(tǒng)的接口。監(jiān)測(cè)主機(jī)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存時(shí)間超過3年，僅限于硬盤的容量。實(shí)現(xiàn)了以下功能：(1)智能報(bào)警，故障記錄，故障分析，數(shù)據(jù)分析和識(shí)別；(2)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙視等高電壓電器的實(shí)時(shí)監(jiān)視及可視化監(jiān)視；(3)具有高壓開關(guān)裝置智能化的序列控制；(4)具備對(duì)變電站及配電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及電源調(diào)度的功能，并具備遠(yuǎn)端泄漏測(cè)試功能；(5)峰谷電能計(jì)量、能耗統(tǒng)計(jì)分析、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)(6)具有智能的越級(jí)跳閘保護(hù)；(7)所配有影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的變電站；(8)主變電站具有電纜夾層和電纜井的自動(dòng)報(bào)警；(9)實(shí)現(xiàn)變電站門禁管理的智能化管理系統(tǒng)；(10)具有對(duì)地面變電站、井下主變電所、采區(qū)變電所和各配電站的電氣設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并與電力監(jiān)控系統(tǒng)連接，具備無人值守的條件。（二）云服務(wù)及移動(dòng)監(jiān)控功能建設(shè)安裝1臺(tái)智能電網(wǎng)云服務(wù)器，與電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通信，通過光纖以太環(huán)網(wǎng)與各監(jiān)測(cè)分站通信，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)字化、自動(dòng)化控制，并在環(huán)網(wǎng)上發(fā)布，具有相關(guān)權(quán)限的用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)掌握井下人員和設(shè)備的工作狀態(tài)，并利用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)對(duì)電力平臺(tái)的監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障后的手機(jī)報(bào)警推送功能[4]。（三）視頻聯(lián)動(dòng)功能建設(shè)采用監(jiān)控中心現(xiàn)有的硬盤錄像設(shè)備，并配有專門的視頻監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)智能監(jiān)控平臺(tái)的視頻連接；只有硬盤的容量才能決定視頻信息的存儲(chǔ)長(zhǎng)度。（四）電力自動(dòng)化通訊數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)采用煤礦企業(yè)在各個(gè)變電站鋪設(shè)的光纜，將其與各個(gè)變電站的供電監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)內(nèi)的工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)相連，形成專用的電力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)變電站的電力設(shè)備和聯(lián)防聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸。為確?？缇€跳閘系統(tǒng)的快速數(shù)據(jù)交換與信息的快速傳遞，必須建立專門的光纖環(huán)網(wǎng)，利用已有的光纖纖芯連接到各個(gè)變電站的防越級(jí)控制器，建立防越級(jí)跳閘網(wǎng)絡(luò)。，四、智能供電系統(tǒng)項(xiàng)目改造效果a)視覺效果。智能化電力供應(yīng)自動(dòng)化系統(tǒng)擴(kuò)展了對(duì)礦井的監(jiān)控范圍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的可視化，并對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行了遠(yuǎn)程監(jiān)控和維修，從而為變電站的無人值班提供了有力的支撐。b)自動(dòng)操作。智能電力供應(yīng)系統(tǒng)是一個(gè)完整的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的協(xié)同工作，精確地處理各種故障。通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路故障的快速定位，精確記憶防止過電壓跳閘的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)精確、及時(shí)的自動(dòng)控制是提高電力系統(tǒng)供電可靠性的重要途徑。c)智能化。智能電力系統(tǒng)的設(shè)備均使用了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，并按照IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)行智能化的拓?fù)浞治雠c著色，操作聯(lián)鎖，潮流分析與整定值校驗(yàn)，誤操作警告，系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)匹配等多種配置功能，不但可以提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而且可以幫助操作人員進(jìn)行決策，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。五、結(jié)語綜上所述，通過對(duì)井下變電站智能化供電系統(tǒng)的改造，不僅能夠?qū)⑾到y(tǒng)運(yùn)行、設(shè)備運(yùn)行、管理運(yùn)行、故障對(duì)系統(tǒng)的影響等狀況量透明化，更注重全系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)對(duì)故障、操作等事件時(shí)“快速識(shí)別、快速定位、快速隔離與智能轉(zhuǎn)供”的一體化響應(yīng)，使各設(shè)備能夠在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)某一事件做出判斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。Reference：[1]陶文龍.姚橋選煤廠智能供配電系統(tǒng)的優(yōu)化改造[J].煤炭加工與綜合利用