煤礦供電新型防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的應(yīng)用

引言

礦井供電系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)最基本、最主要的生產(chǎn)系統(tǒng)。隨著礦井生產(chǎn)的機(jī)械化發(fā)展,人們對(duì)礦井供電系統(tǒng)的安全性、可靠性要求越來越高。其中,越級(jí)跳閘是影響礦井供電安全性、可靠性的一個(gè)重要因素。在礦井供電系統(tǒng)中,越級(jí)跳閘事故會(huì)造成采區(qū)停電或地面變電所癱瘓,若不能及時(shí)排除故障,會(huì)引起礦井瓦斯積聚,威脅井下作業(yè)人員的人身安全,影響礦山的正常生產(chǎn)。尤其是趙家壩煤礦存在多級(jí)變電所級(jí)聯(lián)的情況,井下供電系統(tǒng)復(fù)雜,同時(shí)還存在柔性掩護(hù)式支架開采,柔掩工作面小眼掘進(jìn)時(shí)如果遭遇停電,極易造成瓦斯積聚,引起安全事故,降低礦井安全系數(shù)。礦井管理人員要對(duì)此予以重視,分析越級(jí)跳閘的原因,為了確保礦井生產(chǎn)安全,杜絕人員傷亡事故的發(fā)生,必須制定可靠的防范措施。

1造成煤礦供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘的原因

1.1線路短路造成跳閘

礦井生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣,且為了保證開采進(jìn)度,一般礦井的供電網(wǎng)路級(jí)數(shù)較多,電纜短,阻抗小,造成電纜在首、末兩端的短路電流數(shù)值無差異性,導(dǎo)致保護(hù)開關(guān)在短時(shí)間內(nèi)斷路,其保護(hù)功能失效,出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

1.2上下級(jí)開關(guān)失效

電容電流受消弧線圈補(bǔ)償、電纜長度以及運(yùn)行方式影響,電纜在接地連接時(shí),其上下級(jí)保護(hù)開關(guān)的選線保護(hù)功能失效,選擇功能失效,出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

1.3開關(guān)欠壓脫扣器動(dòng)作

短路故障、地面電網(wǎng)電壓波動(dòng)等導(dǎo)致母線短時(shí)欠壓,在這種狀態(tài)下出現(xiàn)越級(jí)跳閘是因?yàn)榇蠊β实拈_關(guān)欠壓脫扣器處于解鎖狀態(tài)。

1.4上級(jí)開關(guān)后備保護(hù)動(dòng)作

在惡劣環(huán)境下,高壓開關(guān)跳閘機(jī)構(gòu)靈敏度下降,甚至卡塞,導(dǎo)致高壓開關(guān)的跳閘動(dòng)作不合理,上級(jí)保護(hù)開關(guān)引起后備保護(hù)動(dòng)作,造成供電系統(tǒng)中越級(jí)跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。

2獨(dú)有的"三位一體"供電防越級(jí)跳閘技術(shù)分析及應(yīng)用

"三位一體"中的"三位"是指從三個(gè)方面入手,避免越級(jí)跳閘現(xiàn)象發(fā)生,即電纜短路防越級(jí)、電纜接地防越級(jí)、電壓波動(dòng)防越級(jí),并通過開關(guān)可靠性監(jiān)測以及保護(hù)定值集中管理,避免開關(guān)拒動(dòng)越級(jí)、定值不合理越級(jí)等問題,真正做到全方位防止供電越級(jí)跳閘。

供電無人值守監(jiān)控與防越級(jí)監(jiān)控融為一體,系統(tǒng)既可以獨(dú)立組網(wǎng),又可以借助現(xiàn)有光纖環(huán)網(wǎng),防越級(jí)網(wǎng)絡(luò)不容易被破壞,可靠性高,投資小,維護(hù)簡單,提高供電安全水平。

2.1分布式網(wǎng)絡(luò)保護(hù),電纜短路防越級(jí)

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先技術(shù),即防越級(jí)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)先傳輸,防越級(jí)零延時(shí)。故障定位,根據(jù)故障位置動(dòng)態(tài)調(diào)整各級(jí)防越級(jí)延時(shí),可在0.5s時(shí)延內(nèi),實(shí)現(xiàn)7級(jí)以上級(jí)聯(lián)線路防越級(jí)。開關(guān)可靠性在線監(jiān)測,機(jī)構(gòu)異常自動(dòng)報(bào)警,提高開關(guān)分段可靠性。分布式網(wǎng)絡(luò)保護(hù),電纜短路防越級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2基于輔助信號(hào)源的漏電選線防越級(jí)

注入信號(hào)與防越級(jí)技術(shù)相結(jié)合,注入信號(hào)不受容性電流、消弧線圈等影響,井上、井下接地選線全覆蓋,選線準(zhǔn)確率100%。自動(dòng)選線時(shí)間短(<3s）,通過故障定位快速切除接地線路,防止非接地相絕緣擊穿,擴(kuò)大事故影響范圍?；谳o助信號(hào)源的漏電選線防越級(jí)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2基于輔助信號(hào)源的漏電選線防越級(jí)結(jié)構(gòu)

2.3基于電壓波動(dòng)識(shí)別技術(shù)的電壓波動(dòng)防越級(jí)

通過微機(jī)保護(hù)裝置智能識(shí)別短路引起的欠電壓、瞬間電壓波動(dòng)以及長時(shí)間欠壓故障,自動(dòng)投入電壓波動(dòng)保護(hù),躲避電壓波動(dòng),防止欠壓釋放動(dòng)作引起大面積停電。該技術(shù)可防止由于短路故障引起的母線欠電壓或地面電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的大面積停電。通過電壓波動(dòng)智能識(shí)別技術(shù)可以解決由于電動(dòng)機(jī)群起、短路故障欠電壓、地面電網(wǎng)瞬時(shí)故障欠電壓引起的越級(jí)跳閘問題,提高防越級(jí)跳閘可靠性。基于電壓波動(dòng)識(shí)別技術(shù)的電壓波動(dòng)防越級(jí)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.4開關(guān)拒動(dòng)定位、智能聯(lián)跳,后備保護(hù)更可靠

煤礦井下工作環(huán)境惡劣,本級(jí)保護(hù)開關(guān)的設(shè)備一旦出現(xiàn)故障往往導(dǎo)致拒動(dòng)現(xiàn)象,造成越級(jí)跳閘。"三位一體"系統(tǒng)具備"網(wǎng)絡(luò)識(shí)別、拒動(dòng)定位、智能跳閘"功能,在故障發(fā)生時(shí),系統(tǒng)能夠快速進(jìn)行故障排除工作,在第一時(shí)間切斷故障線路,將故障波及范圍縮小,系統(tǒng)能夠24h記錄報(bào)警信息。當(dāng)發(fā)生停電事故影響本級(jí)開關(guān)動(dòng)作而未動(dòng)作,產(chǎn)生拒動(dòng)時(shí),該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)識(shí)別技術(shù)迅速鎖定拒動(dòng)開關(guān)在網(wǎng)絡(luò)中的位置后,立即啟動(dòng)該拒動(dòng)開關(guān)的上級(jí)開關(guān),及時(shí)跳閘斷電,既保證了故障狀態(tài)下開關(guān)跳閘的可靠性,又防止停電范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,后備保護(hù)更加可靠。"網(wǎng)絡(luò)識(shí)別、拒動(dòng)定位、智能跳閘"防越級(jí)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.5光纖環(huán)網(wǎng)復(fù)用技術(shù)降低維護(hù)成本

光纖環(huán)網(wǎng)復(fù)用技術(shù)利用環(huán)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控供電系統(tǒng)信息,不但提高了供電系統(tǒng)的可靠性,且因?yàn)楣收巷L(fēng)降低使得維護(hù)成本投入減少。光纖環(huán)網(wǎng)復(fù)用技術(shù)是基于兩層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所研發(fā)的光纖復(fù)用技術(shù),與TCP/1P的7層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比,優(yōu)先級(jí)更高,傳輸更快(防越級(jí)信號(hào)傳輸時(shí)間<1ms）。為防止網(wǎng)絡(luò)堵塞,保證網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性,防越級(jí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)避免與視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)共用同一芯光纖。2.6開關(guān)動(dòng)作異常在線監(jiān)測模塊提高開關(guān)＋構(gòu)可靠性

該系統(tǒng)采用了針對(duì)煤礦井下常用開關(guān)動(dòng)作異常在線監(jiān)測模塊,在供電系統(tǒng)中,確保了保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)能夠被模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控,在故障出現(xiàn)時(shí),模塊能夠迅速報(bào)警,檢修人員能在第一時(shí)間接收到報(bào)警信息,并進(jìn)行處理。其具體運(yùn)行方式是當(dāng)開關(guān)發(fā)生事故跳閘或進(jìn)行跳閘試驗(yàn)時(shí),微機(jī)保護(hù)裝置自動(dòng)記錄開關(guān)跳閘時(shí)間,當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)間大于100ms時(shí),則判定開關(guān)動(dòng)作異常,并立即向系統(tǒng)提示告警,提醒開關(guān)跳閘異常需要更換或檢修開關(guān)的跳閘機(jī)構(gòu)。

2.7井下供機(jī)系統(tǒng)"五遙操控"

系統(tǒng)可在地面實(shí)現(xiàn)對(duì)井下變電所內(nèi)供電設(shè)備的在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程操作控制、故障數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析:實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)"五遙操控"(遙測、遙控、遙調(diào)、遙信、遙視）,構(gòu)建井下"無人

ZhuangbeiYingyongyuYanjiu◆裝備應(yīng)用與研究

值守"變電所。

2.8監(jiān)控系統(tǒng)軟件防病毒,可靠性高

windows操作系統(tǒng)應(yīng)用普遍,流行病毒多,很容易受到黑客攻擊,安全性差。為此,該系統(tǒng)特采用了最安全的軍工安全級(jí)Linux操作系統(tǒng)的監(jiān)控軟件平臺(tái),Linux操作系統(tǒng)源碼開源,安全分區(qū)管理,安全級(jí)別高,病毒少,不容易被黑客攻擊:采用基于Linux操作系統(tǒng)的煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)于保證煤礦供電安全具有重要意義。

2.9先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)

該系統(tǒng)開發(fā)了手機(jī)APP,如圖5所示,手機(jī)移動(dòng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)控、報(bào)警記錄、視頻監(jiān)控全覆蓋,一機(jī)在手,監(jiān)控不愁:電能計(jì)量在線監(jiān)測,精度誤差<1%,應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)＋技術(shù),電能報(bào)表(日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)）云端監(jiān)控,隨時(shí)隨地掌握用電成本:本監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)不只是供電監(jiān)控平臺(tái),還是礦井綜合監(jiān)控一體化軟件平臺(tái),可兼容排水自動(dòng)化監(jiān)控、輸煤自動(dòng)化監(jiān)控、壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控、主扇監(jiān)控等。生產(chǎn)自動(dòng)化各個(gè)環(huán)節(jié)可方便接入軟件平臺(tái),成本低、見效快,可實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)自動(dòng)化全過程一體化監(jiān)控。

3結(jié)語

"三位一體"供電防越級(jí)跳閘系統(tǒng)提供了國內(nèi)同類廠家無法比擬的功能,并成功解決了一直困擾煤炭行業(yè)多年的難題,在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。趙家壩煤礦在未投入該系統(tǒng)以前井下發(fā)生供電越級(jí)跳閘平均每年10余次,2018年10月該系統(tǒng)投入使用以后再未發(fā)生越級(jí)跳閘事故。該系統(tǒng)在趙家壩煤礦井下的成功應(yīng)用,保證了礦井生產(chǎn)的供電安全,具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。