安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

 

摘 要：為了提高煤礦供電系統的安全性和可靠性，適應現代化礦井建設，構建了基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的煤礦電網(wǎng)監控系統，重點(diǎn)介紹了系統的設計方案、結構、功能，給出解決越級跳閘和自適應漏電保護等相關(guān)技術(shù)。該系統經(jīng)實(shí)際應用，實(shí)現了井下7個(gè)配電室的遠程集中監控、遙控、遙測、遙信、遙調等功能，提高了煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化水平，強化了礦井電網(wǎng)安全，防止井下大面積停電和越級跳閘等事故的發(fā)生，縮短故障處理時(shí)間，為最終實(shí)現井下變電所無(wú)人值守創(chuàng )造了條件。

關(guān)鍵詞： 工業(yè)以太網(wǎng)；電網(wǎng)監控；越級跳閘

       新元公司現有3個(gè)地面變電站，分別為110 kV變電站、中央風(fēng)井35 kV變電站、韓莊風(fēng)井35 kV變電站。110 kV變電站位于工業(yè)廣場(chǎng)內內，擔負新元公司工業(yè)廣場(chǎng)10 kV、中央風(fēng)井35 kV、韓莊風(fēng)井35kV變電站的供電任務(wù)。礦井人井10 kV電纜共計13趟(包括風(fēng)機系統)，電源分別引自中央風(fēng)井場(chǎng)地35 kV、韓莊35 kV、工業(yè)場(chǎng)地110 kV變電所。井下10 kV配電室有9個(gè)，各變電所兩回路電源電纜任一回路停運時(shí)，另一回路仍可滿(mǎn)足其所帶全部負荷的需要。為滿(mǎn)足集團公司推進(jìn)現代化礦井發(fā)展的需要，有效實(shí)現電網(wǎng)系統的安全可靠運行，新元公司于2014年開(kāi)始進(jìn)行電網(wǎng)監控系統的建設，經(jīng)過(guò)近一年的運行，基本實(shí)現了井下電網(wǎng)系統7個(gè)配電室的遠程集中監控、就地和遠程操作，實(shí)現了“四遙"功能。

1．1 系統結構

       新元煤礦井下電網(wǎng)監控系統主要由地面監控中心、以太網(wǎng)數據交換中心、地面保護主機、井下數據傳輸分站、高爆開(kāi)關(guān)綜合保護器、相關(guān)組態(tài)軟件和其它輔助設備構成，井下電網(wǎng)監控系統示意圖如圖1所示。

1．2系統構建

       （1）新元公司電網(wǎng)監控系統地面中央風(fēng)井35 kV變電站和110 kV變電站共計接人6臺人井線(xiàn)路保護裝置。井下電網(wǎng)監控系統接入井下7個(gè)配電室，分別是：中央配電室、煤倉配電室、南區中央配電室、集中膠帶巷配電室、9“煤中央配電室、西一和西二配電室。

       （2）將井下7個(gè)配電室約90臺高開(kāi)綜合保護器更換升級為ZBT—llc型級聯(lián)縱差綜合保護器，該保護器是具有消除越級跳閘功能的新一代高開(kāi)綜合保護器，它集保護、測控、通信、故障錄波、電能計量統計分析、諧波含量分析功能于一體。低壓饋電開(kāi)關(guān)保護器更換為能夠和IQl37電網(wǎng)自動(dòng)化系統通信的智能綜合保護器。目前使用的低壓饋電開(kāi)關(guān)均能實(shí)現和電網(wǎng)自動(dòng)化系統通信。

       （3）分別在井下7個(gè)配電室安裝KJ360一F礦用隔爆型電力監控分站，將配電室內的高低壓開(kāi)關(guān)與監控分站聯(lián)接，就地實(shí)現高低壓設備集中控制，同時(shí)，安裝視頻攝像頭，實(shí)現遙視功能；另一方面通過(guò)礦用千兆環(huán)網(wǎng)將保護器數據上傳至地面調度中心，實(shí)現遠程“四遙"監控功能。

       （4）地面機電調度和井下中央配電室均設置一監控中心(能夠實(shí)現地面井下實(shí)時(shí)監控)，保證地面調度指揮與井下人員操作實(shí)時(shí)一致，監控中心包括：地面調度中心監控主機、井下監控中心主機、網(wǎng)絡(luò )交換機、打印設施等。

       （5）在井下配電室安裝DXBl27／127礦用隔爆型電源，為保護器和電力通信分站或網(wǎng)絡(luò )交換機提供可靠的工作電源和操作電源，保證在電網(wǎng)波動(dòng)和交流失電情況下維持設備正常工作。

       （6）在地面調度中心、井下中央配電室、綜合樓機電隊辦公室安裝電力監控客戶(hù)端，在地面信息中心機房設置電力監控(專(zhuān)用通信)服務(wù)器2臺，安裝專(zhuān)用的KJ360電力組態(tài)專(zhuān)業(yè)軟件，采用雙機熱備的工作方式，實(shí)現地面調度中心對地面、井下高壓供電系統的遠程監控

       （1）實(shí)現地面調度中心對井下電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監測功能，監測高、低壓供電系統每個(gè)回路的電流、電壓、絕緣電阻、有功電量、無(wú)功電量、開(kāi)關(guān)分合位置、保護信號、室內視頻、室內溫度等實(shí)時(shí)狀態(tài)。同時(shí)預留接口，能夠實(shí)現與地面供電系統的銜接。

       （2）對供電系統及網(wǎng)路傳輸系統中各種保護信息進(jìn)行實(shí)時(shí)告警，當發(fā)生開(kāi)關(guān)跳閘、保護動(dòng)作、網(wǎng)絡(luò )傳輸中斷等事件時(shí)，將自動(dòng)調出故障所在的畫(huà)面，具備故障閉鎖、事件記錄、查詢(xún)功能。

       （3）根據權限設置，分級實(shí)現開(kāi)關(guān)分合閘操作管理、定值管理、電量管理、報表管理、歷史數據管理、故障錄波分析與打印、規約轉換、數據轉發(fā)等功能。

       （4）通過(guò)地面調度中心安裝的專(zhuān)用通信服務(wù)器和液晶顯示器，井上、井下變電所可進(jìn)行通信，顯示井下變電所的視頻信息，并可實(shí)現人機交互操作。此外還有歷史數據存儲與檢索功能、曲線(xiàn)存儲與檢索功能、報表設計與檢索打印功能、圖形畫(huà)面組態(tài)功能、web瀏覽功能、設備檔案管理和自診斷報警功能等

3．1 分布式智能速斷防越級保護系統

       系統建設中，主要是升級改造保護器為防越級保護器，安裝防越級交換機，搭建光纖縱差通道。防越級保護系統組網(wǎng)示意圖如圖2所示

3．1．1基本原理

       采用網(wǎng)絡(luò )化基因圖譜算法，利用開(kāi)關(guān)間自主交換故障信息進(jìn)行協(xié)商的形式，自主判斷故障區段，實(shí)現全網(wǎng)零秒速斷，以達到防越級跳閘的目的。

3．1．2主要特點(diǎn)和效果

       可實(shí)現級聯(lián)縱差保護、母差保護、三段式過(guò)流、零時(shí)延智能后備保護。該系統保護分散，可就地安裝，獨立跳閘，符合國家電網(wǎng)公司的要求。系統具有分布式無(wú)主網(wǎng)絡(luò )結構，對通信依賴(lài)小，故障信息自主協(xié)商，風(fēng)險分散，可靠性高。系統分層、分布式光纖網(wǎng)絡(luò )設計，保護功能就地完成，可靠性高。變電所間級聯(lián)縱差保護可避免站間越級，母線(xiàn)故障快速動(dòng)作差動(dòng)保護可防止電網(wǎng)擾動(dòng)，“T"接線(xiàn)差動(dòng)可滿(mǎn)足“一拖多"供電網(wǎng)絡(luò )，零時(shí)延智能后備保護可消除傳統后備保護時(shí)間累積效應的缺點(diǎn)，光纖縱差通道實(shí)時(shí)監控、動(dòng)作行為實(shí)時(shí)監控。

3．1．3實(shí)現方式

       利用分散安裝的ZBT．1 1 C級聯(lián)縱差保護器，通過(guò)保護信息網(wǎng)快速交換信息，快速判斷故障區段，可準確快速切除距故障最近的上級開(kāi)關(guān)，達到防越級跳閘的目的。

3．2激勵式自適應漏電保護系統

       傳統的漏電保護方法是以接地電流本身的故障特征作為故障判據，由于井下電網(wǎng)運行方式變化較大，歷次接地時(shí)，接地電流特征都不穩定，造成了以接地電流特征為判據的漏電保護經(jīng)常起不到作用，故采用激勵式自適應漏電保護系統。激勵式自適應選擇性漏電保護系統由SY3603智能選漏保護終端、SY3601信號注入裝置、高爆開(kāi)關(guān)中的ZBT一11C級聯(lián)縱差綜合保護器構成。ZBT．11 C、SY3603安裝在井下高壓開(kāi)關(guān)中，SY3601安裝在地面10 kV變電所中，每段母線(xiàn)安裝一臺SY3601信號注入裝置。信號注人裝置在探測到有接地故障時(shí)，向接地相注入特殊信號(非工頻信號)，經(jīng)分散安裝的高開(kāi)綜合保護器檢測，信號量值達到設定值時(shí)，即判定為線(xiàn)路接地，漏電保護跳閘。SY3600煤礦電網(wǎng)漏電保護系統如圖3所示

3．3 瞬時(shí)失壓誤動(dòng)缺陷的完善

       煤礦井下電網(wǎng)在遭受雷擊、大負載類(lèi)設備啟動(dòng)、出口處短路等情況時(shí)，容易造成電網(wǎng)電壓瞬間波動(dòng)或下降，繼而無(wú)壓釋放線(xiàn)圈誤動(dòng)，引起井下大面積開(kāi)關(guān)跳閘。為了解決這個(gè)問(wèn)題，為每臺高壓防爆開(kāi)關(guān)配置一臺KYD-01瞬時(shí)失壓智能控制模塊，保證交流失壓情況下，在0～5 S內維持無(wú)壓釋放線(xiàn)圈正常工作，母線(xiàn)瞬時(shí)失壓時(shí)，高壓防爆開(kāi)關(guān)不會(huì )誤動(dòng)跳閘。KYD-01智能無(wú)壓釋放線(xiàn)圈控制模塊由開(kāi)關(guān)電源模塊、單片機延時(shí)控制電路、控制及告警電路、智能電容充放電回路組成，其電源額定電壓為交流100 V，源電壓波動(dòng)范圍為75％～110％，額定輸出電壓24 V，保持時(shí)間0—5 s可調，級差0．5 S，無(wú)壓時(shí)，可輸出常閉接點(diǎn)，供自動(dòng)化系統報警使用。瞬時(shí)失壓智能控制模塊原理如圖4所示

       （1）山源KJ360礦用電力監控系統與磐能綜合保護器配合的問(wèn)題。由南京磐能公司將分站通訊協(xié)議改為常用的MODBUS通訊協(xié)議，修改后系統運行正常，解決了保護器“死機"或不通信問(wèn)題。

       （2）高壓防爆開(kāi)關(guān)遠程操作拒動(dòng)問(wèn)題。根據檢修計劃，在總調度控制室有計劃地對井下所有高壓防爆開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠程分合閘操作，發(fā)現有6臺次4臺高壓防爆開(kāi)關(guān)出現分合閘拒動(dòng)情況。經(jīng)查，4臺次拒動(dòng)是開(kāi)關(guān)本身機構問(wèn)題，2臺次拒動(dòng)是山源監控分站與磐能綜合保護器之間銜接出現問(wèn)題，通過(guò)分析和檢查，解決了問(wèn)題。

       （3）電力監控系統不能啟動(dòng)問(wèn)題。煤礦信息中心機房2臺電力監控服務(wù)器監控系統出現不能啟動(dòng)問(wèn)題，顯示數據庫連接異常，導致整個(gè)電力監控系統不能正常運行。將服務(wù)器1 SQL server 2008數據庫配置更改為SQL server和windows混和身份驗證模式，服務(wù)器2重新導人系統數據庫文件，重新配置服務(wù)器雙機熱備。通過(guò)處理，系統可正常運行，服務(wù)器實(shí)現雙機熱備模式。

       （4）人員培訓問(wèn)題。針對運行階段出現的系統管理與操作人員不能適應新裝備、工藝的問(wèn)題，新元公司機電系統已制定出培訓計劃及修改相應制度、規程，以保證電網(wǎng)集控系統能夠穩定運行。

5.1簡(jiǎn)介

       安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實(shí)際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監控系統，實(shí)現了智能開(kāi)關(guān)柜運行監控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線(xiàn)測溫監測、電纜測溫監測、環(huán)境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風(fēng)、門(mén)禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調控制等功能。實(shí)現動(dòng)力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，實(shí)現動(dòng)力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員，延長(cháng)設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過(guò)高，同時(shí)實(shí)現配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠程管理。

5.2系統功能

5.2.1 通信管理

       安科瑞智能配電室綜合監控系統可以完成對整個(gè)配電室范圍內的通信設備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數據的實(shí)時(shí)監測。

5.2.2實(shí)時(shí)監測

       安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測配電室環(huán)境參數信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

5.2.3 數據查詢(xún)

       在人機界面中，可以直接查看配電室個(gè)設備的運行數據。

5.2.4曲線(xiàn)查詢(xún)

       在曲線(xiàn)查詢(xún)界面，可以直接查看遙測參量曲線(xiàn)，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線(xiàn)。

5.2.5運行報表

       查詢(xún)配電室內設備的運行數據報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢(xún)報表等。

5.2.6實(shí)時(shí)告警

       科瑞智能配電室綜合監控系統具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

5.2.7 歷史事件查詢(xún)

       安科瑞智能配電室綜合監控系統能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統計、事故分析。

5.2.8 用戶(hù)權限管理

       為保障系統穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

5.2.9網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

       安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構?？稍诰€(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

5.2.10遙控操作

       安科瑞智能配電室綜合監控系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

5.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監控系統推薦配置選型