梁步昊

摘要：煤矿井下电力的安全供应与使用是保障矿井施工安全与生产的基本条件。随着工作量的增加和用电需求的增大，煤矿井下变电所的安装和设计中，越级跳闸的问题逐渐显现，为此，本文以新柏煤矿的变电所改造为例，分析解决此问题的方法。

Abstract： The safe supply and use of electric power in underground coal mine is the basic condition to ensure the safety and production of mine construction. With the increase of workload and electricity demand， the problem of overstepping trip appears gradually in the installation and design of the underground substation. This paper takes the transformation of substation of Xinbai Coal Mine as an example to explore the solution.

关键词：煤矿；井下变电所；越级跳闸；改造

Key words： coal mine；underground substation；overstepping trip；transformation

中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）07-0150-02

0 引言

由于井下三级变电所高压开关保护器为2004-2006年产品，保护器精度不高，另一方面由于系统容量增大、供电线路不同级别的短路电流接近，以致保护的电流定值无法配合，只能牺牲选择性确保快速性，从而导致了继电保护系统越级跳闸，引起井下大面积停电影响安全生产，因此，为保证供电安全性及可靠性，决定对井下各变电所防越级跳闸改造，为保证施工安全，编制此技术措施。

1 井下变电所设备现状

1.1 井下中央变电所

中央变电所安装有高压真空配电装置共计7台，型号为BPG43-6，其综合保护器带有漏电、过流，短路，选择性接地保护功能。低压供电系统由2台KBSG-500/6kV/0.69干式变压器进行变配电，用两台KBZ2-630型馈电开关作为低压总开，带有选择性漏电保护功能。KBZ2--400馈电开关作为支路馈电开关，3台QBR-400矿用隔爆型软启动器，用于3台主排水泵控制。

1.2 三采区1050水平变电所

变电所内安装1台200kVA干式变压器，安装8台BGP43-6型高压真空配电装置和4台KBZ-400.200/1140.660Z（F）低压智能型真空馈电开关，三采区1050水平变电所主要为三采区上运胶带机、三采区变频绞车和三采区890水平变电所提供电源。高压开关采用ZLZB-5A型微电脑智能高压综合保护装置，具有短路、过载、欠压、相不平衡、漏电、漏电闭锁、故障记忆及显示等保护功能。低压开关柜采用PLC微电脑处理器保护装置，具有漏电、漏电闭锁、短路、过流、过载、欠压、断相与相不平衡、故障记忆等保护功能。

1.3 三采区890水平变电所

变电所内安装2台200kVA干式变压器，安装2台630kVA干式变压器，安装13台BGP43-6型高压真空配电装置和13台KBZ-630.400.200/1140.660Z（F）低压智能型真空馈电开关，三采区890变电所主要为3510综采面、3509综掘面、三采区排水、开拓、掘进和开拓工作面双风机提供电源。高压开关柜采用ZLZB-5A型微电脑智能高压综合保护装置，具有短路、过载、欠压、相不平衡、漏电、漏电闭锁、故障记忆及显示等保护功能。低压开关柜采用PLC微电脑处理器保护装置，具有漏电、漏电闭锁、短路、过流、过载、欠压、断相与相不平衡、故障记忆等保护功能。

2 存在问题和改造的必要性

由于井下三级变电所高压开关保护器为2004-2006年产品，保护器精度不高，另一方面由于系统容量增大、供电线路不同级别的短路电流接近，造成保护的电流定值无法配合，考虑到供电保护的整体设计，不得不放弃选择性而选择快速性，但是这种设计会造成矿井电网继电保护系统“越级跳闸”，而且由于先前放弃了选择性保护机构，导致系统在突发短路故障的情况下大面积停电，并最终影响了矿井的安全生产秩序和供电的可靠性。

3 改造实施内容

①新柏煤矿井上、井下已建成千兆以太环网，在地面6kV变电所和井下中央变电所、三采区1050变电所、三采区890变电所装有千兆以太網交换机。防越级跳闸及电力监控系统在地面6kV变电所和井下中央变电所、三采区1050变电所、三采区890变电所各安装一台测控电力监控通讯分站；内置以太网交换机的各个电力监控通讯分站分别与本变电所千兆以太网交换机实现网络连接，以便将通讯信号接入以太环网。

②井下变电所高爆开关智能保护器功能符合通讯要求，保护器的RS485信号直接接入本变电所测控监控通讯分站的RS485接口。井下变电所需要进行防越级跳闸闭锁的高压开关因原有保护器没有防止短路越级跳闸闭锁功能，不能防止越级跳闸，全部更换成开封测控具有防治短路越级跳闸闭锁功能的高压智能保护器；更换后，保护器的RS485信号与本变电所监控通讯分站的RS485接口连接，高压开关运行状态、数据、信号传输到监控通讯分站，从监控通讯分站经以太网传输到地面监控主机进行监控。

③在地面变电所安装防越级跳闸闭锁控制器1台，井下变电所高压电路各路母线均装配短路闭锁控制器1台；母线上所有分开关智能保护器的短路电流闭锁信号输入短路闭锁控制器，短路闭锁控制器的输出信号能够对所在母线上的供电总开关智能保护器的速断机构进行闭锁操控，照此以此向上闭锁，这样可以保证在突发短路故障时电路不会越级跳闸。

④作为电力监控主站的地面变电所监控室应该按照设计要求分别装配打印机、UPS电源、力控电力版专业组态软件、备用机、监控主机各1台。另外，与地面监控室内的以太网交换机之间用网线连接的备用机和监控主机与井下变电所监控通讯分站之间可通过以太网相互传输通讯信号。

⑤RS485总线将以太网、监控主机、备用机、监控通讯分站和智能综合保护器互联成一套结构严谨的电力监控系统。其中，对监控数据采集、处理以及对电力线路的综合保护工作主要通过保护器实现；输电线路的运行参数通过通讯分站轮询保护器集中采集后传输至监控主机；监控主机通过网线采集由通讯分站实时统计的线路运行参数，再经过软件处理后远程监测和监测系统运行状态，以此实现对整个电力系统的管理和调度。

⑥将地面6kV变电所进线Ⅰ、Ⅱ柜、井下Ⅰ、Ⅱ柜、母联断路器柜、井下中央变电所两台进线柜、两台供1050变電源柜、一台联络柜，三采区1050变电所两台进线柜、两台供890变电所电源柜、一台联络柜，三采区890变电所两台进线柜、两台供综采面柜、一台联络柜、两台供综掘面柜的保护器更换成开封测控具有防越级跳闸闭锁功能的DSB-600B型智能保护器。

4 对改造后系统的要求

①分层集中式控制系统中的各功能模块独立工作，间隔层之间主要借助装配在变电所内的网络通讯模块实现信息交互，这些机构与变电所连接构成一套结构严谨的分布式通信系统。

②在断路器操作过程中发现系统运行状态异常时及时发出警报。

③后台监控机构应该与多站数据库互联，以便通过各类接口和规约进行信息交互。

④为了满足现场个性化的设置要求，改造后的系统应该具有标准化的功能模块、支持分层操控的软件工具。

⑤变电所功能模块改造要求：1）基于Windows操作平台的分时多用户、多任务操作系统；2）构建多层次画面，厘清系统运行管理和系统检修的工作任务，进一步明确相关技术员的任务和管理权限；3）通过列表和点对点的形式实时显示整个供电所的模拟量；4）实时、全面地掌握系统运行状态，尤其是电器元件的运行工况；5）实时累加并且列表显示电能表；6）当系统突发故障时自动弹出事故闪烁画面；7）支持自动化自检和异常警报功能；8）画面漫游。

⑥变电所综合自动化系统运行模式：除部分手动操控内容以外，其他检测、监控和警报等功能都是计算机系统操控。基于计算机系统全面远程监测、远程通讯和远程调控变电所内各机构的运行工况，减少人工操作任务，真正实现“无人值守”。

⑦RS485总线将监控主机、备用机、智能综合保护器和各个监控通讯分站接入以太网构建起一套高效运行的电力监测与控制系统。对各部分运行参数的采集和处理，对电力线路的综合保护，均通过系统保护器实现；通讯分站轮询保护器实时获取输电线路的运行参数，并将其传输至监控主机进行集中处理。同时，监控主机也能通过与各通讯分站的网络连接实时获取线路运行参数，然后经过软件进行数据处理，并根据处理结果通过遥信、遥测、遥控等功能实时调整运行参数，从而实现对系统的管理和控制。

⑧在地面6kV变电站安装一台防越级跳闸闭锁控制器，在井下中央变电所、三采区1050变电所、三采区890变电所高压电路每条母线上安装一台KXJ127Z隔爆兼本安型防越级跳闸闭锁控制器，共安装7台；短路闭锁控制器的RS485接口通过矿用阻燃屏蔽电缆连接本变电所测控电力监控通讯分站；高压母线上所有分开DSB-600B型智能保护器的短路电流闭锁信号输入短路闭锁控制器，短路闭锁控制器的输出信号闭锁该母线供电总开关智能保护器的电流速断保护功能，使之不速断跳闸，依次向上闭锁，以确保在电路某处发生短路时不产生越级跳闸。

⑨系统以太网交换机和通讯分站的内置交换机预留多个百兆以太网接口，通过这些接口可以很方便地在地面、井下与其它监控系统、矿局域网和其他网络进行连接，方便系统的扩展和与其他系统进行数据交换。

⑩采用智能型中文汉显微电脑综合保护装置具有网络通讯功能及遥控、遥测、遥调、遥信的“四遥”功能，还要有漏电、过载、短路、绝缘监测保护功能，实时显示电压、电流、开关状态、功率因数、有功、无功、电度等。具有三段式保护器，与井下变电所河南矿用电气有限责任公司PBG43-6型矿用隔爆型永磁机构高压真空配电装置配套运行，与地面变电所KYN28A-12铠装型移开式交流金属封闭开关设备配套使用。

5 项目直接技术经济及社会效益分析

使用煤矿井下供电数字化防越级跳闸保护系统可使矿井供电更加安全可靠，降低事故率，减少故障处理时间，提高矿井效益。变电所供电质量及其电气设备的各种保护及监测装置进一步改善，运行更加安全可靠，能够最大限度地减少因供用电故障而造成的事故，提高供电、系统的可靠性，节约设备维修费用，减少设备运行中常见的故障，延长设备使用寿命，减少生产影响，每年可将维护配件费用每年可降低20万元。另外该系统的投用，可以大大优化供用电系统，可改善我矿电气自动化控制与保护的现状，其经济效益和社会效益十分明显。

6 结论

煤矿井下供电数字化防越级跳闸保护系统可使煤矿井下供电系统更加安全可靠，降低事故率，减少故障处理时间，提高矿井效益。能够最大限度地减少因供用电故障而造成的事故，提高供电、系统的可靠性，节约设备维修费用，完成煤矿井下供电数字化防越级跳闸保护系统后提高了矿井供用电和自动化水平，可以为兄弟矿井提供借鉴经验和参考依据。

参考文献：

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