煤矿井下采区无人值守变电所微机保护系统

煤矿井下采区无人值守变电所微机保护系统

李乐

（中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司开拓准备中心陕西省榆林市719315）

摘要：煤矿井下供电系统自动化和智能化水平不断提高，微机保护装置和电力监控系统在很多地方得到应用，但安装于井下的综保和监控系统不是很多，由于采区内高低压开关的联网通信功能较弱，若要实现煤矿井下变电所无人值守化，就需要实现对现场高低压开关遥信、遥测、遥控、遥调四遥功能的实时监控。以补连塔煤矿架线电机车变电所为例探讨煤矿井下采区无人值守变电所微机保护系统。

关键词：煤矿井；无人值守；变电所；分析

1.煤矿井下采区无人值守变电系统常见故障

正常运行的供电系统，受到井下环境及地质条件等因素的影响，也会出现各类故障，常见的供电系统故障主要是电动机绕组、变压器的匝间短路和相间短路。非正常运行状态则通常为电压过高、电压过低、断相继超负荷运行、单相接地等异常工作状态。保护井下采区无人值守变电所系统则要应用故障特征量来分析。比如供电系统发生两相短路时，系统中既有负序分量，又有正序分量，却无零序分量，故障相的电流大小一致，方向相异。在煤矿井下供电系统中，单相接地故障率最高。如果某供电支路发生人身触电或漏电，则会产生零序电流。而正常支路的零序电流则通过支路流向母线，正常支路零序电流会从母线流向支路，正常支路与故障支路的零序电流相位相反且大小相异。区分故障与正常支路可以按照零序电流方向来实现，进而可以保护横向选择性漏电。煤矿井下供电系统的异常运行及对称性故障常表现为超负荷和三相短路，三相短路故障中三相电流仍对称，系统中只有幅值增大的正序电流分量。超负荷故障则常为操作不当、整定失当及重载启动等因素导致。

2.综合保护系统的功能

一是测控功能。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能。遥测是指本系统能检测采区变电所每回出线的电流、电压、功率、cosφ、开关内温度等模拟量。遥信是指本系统能检测开关的位置状态及实验按钮状态。遥控是指本系统能对开关进行正常分、合闸操作。遥调是指本系统能在上位机对馈电开关进行保护动作值整定。二是保护功能。具有漏电保护、过载保护、短路保护、欠压保护、断相保护等保护功能。三是绝缘监测功能。能对低压馈电线路绝缘状况进行实时监测并且具有漏电闭锁功能。四是故障记忆功能。漏电、过载、短路等故障发生时，系统在上位机或下位机均可记忆故障发生的时刻和类型。五是通信功能。所内采区开关智能监控单元采用RS—485现场总线通信方式，并且与采区工控主机进行实时通信。六是现场显示功能。每个开关均采用带背光的汉字液晶显示模块显示各种信息。包括监测参数显示、通信情况显示（上行、下行）、故障类型、系统正常指示、电源指示及系统自检情况等。

3.系统的总体设计及硬件电路框图

综合保护装置是针对煤矿井下真空馈电开关而设计的，必须放置于真空馈电开关内。因此，它的硬件的总体设计，在满足该装置基本功能的前提下，必须考虑到井下实际条件的限制，因而在硬件整体结构的设计上与应用于地面变电所内的微机保护装置有不同之处。由于真空开关内的空间有限，因而该装置的各功能模块就不能全部做成单独的插件板，而必须是在充分考虑到各个模块之间的相互干扰、各模块功能的相互关系以及整体功能的可靠性和可扩充性的基础上，将几个功能模块集中在同一个插件板上，以尽可能减小体积。

3.1模拟输入变换与控制出口继电器板

该插件板的功能主要有2个：一是负责将由被保护线路一次PT、CT输入的幅值为100V和5A的交流电压、电流信号转换为微机保护所要求的信号幅值；二是通过该插件板上的分合闸继电器来执行CPU发出的分合闸命令。

3.2CPU主插件板

该插件板以高性能的80C196KB[6]为核心，集中了CPU主系统、模拟量采集、开关量输入输出、通讯、人机接口、温度测量、频率和功率因数测量以及漏电保护等功能模块，负责本系统几乎所有的保护和监控功能。本系统以INTEL公司高性能的80C196KB单片机为核心，集保护、监控功能于一体，并配有灵活、友好的人机对话接口和RS-485远方通讯接口，可以方便地实现保护定值的就地和远方整定、监测数据的就地和远方实时观测。该综合保护、监控装置具有以下主要功能：一是遥测：包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、开关内温度；二是遥信：主要是开关断路器的状态；三是遥控：主要是断路器的开合控制；四是遥调：主要是指保护定值等的整定；五是数字量采集：包括频率和开关内温度；六是保护功能：井下低压电网的短路保护、过载保护、选择性漏电保护以及断相、欠压和过压保护。

4.井下无人值守供电系统微机保护系统

煤矿井下智能供用电系统是许继利用其在变电站自动化、继电保护及网络通信等方面的成熟技术，以提高煤矿井下供电系统的自动化和智能化水平，有效解决目前煤矿井下供电系统越级跳闸及漏电选择性不高等问题，根据补连塔煤矿井下架线电机车供电系统的特点，设计开发的包括WGB-851矿用保护装置、KJ895-F矿用数据传输分站、煤矿供电监控和定值计算与管理工程师站等在内的系列软硬件产品，是面向煤矿井下电网的专项行业解决方案。KJ895煤矿井下智能供电系统为三层结构设计，包括设备层、网络通信层、站控层。上端为以监控软件为主的站控层；下端为以高低压防爆开关里的保护装置和音视频采集设备等为主的设备层；中间为以核心交换机和数据传输分站为主的网络通信层，将上下层联系起来。煤矿供电监控系统结构站控层完成各种信息遥测、遥信、遥控、故障录波、统计分析、定值的计算与变更、第三方系统接入以及全站数据库配置管理等功能。网络通信层完成各种信息的上传下达、就地集中控制、设备通讯配置与管理等功能。设备层完成各变电站高低压防爆开关等配电设备、防爆变等变电设备以及防爆电机等用电设备运行情况及保护信息等数据采集功能，通过网络通信层完成信息对站控层的上送，并实现站控层对设备下达各命令的执行功能。同时设备层还完成音视频等非变电站运行信息的采集功能，为变电站无人值守提供支撑。

总结：煤矿井下供电系统直接关系井下作业的正常及安全运行，实时监控和及时保护微机供电系统则具有重要意义。在煤矿地面及井下各个变电所中采用电力监控系统后，值班人员可以在地面值班室依据变电所实际运行的方式合理指挥调度煤矿生产，减小了各种安全事故的发生率，即便发生井下高爆开关跳闸，也能及时发现跳闸发生的原因和位置，这样就可以及时处理故障，短时间内恢复正常供电，将影响降到最低，还提高了井下供电的可靠性和安全性。

参考文献：

[1]康宏.煤矿井下采区变电所无人值守监控系统的应用探究[J].能源与节能，2018（02）:140-142.

[2]靖波.煤矿井下采区无人值守变电所微机保护系统[J].中外企业家，2017（09）:230.