牛 伟

（山西省高平市科兴米山煤业有限公司，山西 高平 048400）

引言

煤矿开采中需要用到大量电力设备，其稳定运行需要依靠煤矿供电系统[1]。因此，煤矿变电所高压配电性能的好坏对煤矿开采过程有决定性的影响，轻则影响设备的稳定运行，进而影响采煤效率，重则会威胁人员和设备的安全[2]。然而在工程实践中，由于多方面的原因导致变电所高压配电方面存在一些问题，如不同装置由于采购厂商和时间不同，型号之间存在不匹配的问题等，这些问题的存在严重影响高压配电装置的安全与稳定运行[3-4]。基于此，煤矿企业有必要对其变电所高压配电装置进行深入分析，总结运行时存在的各类问题，在此基础上对高压配电装置进行深入改造，以提升其运行稳定性，为煤矿安全和采煤效率提升奠定坚实的基础[5-6]。

1 矿井高压供电系统及其存在的问题

某煤矿每年的开采量在420 万t 左右。为了满足煤矿井下实际生产的需要，截至目前矿井下配备了13 个变电所，图1 所示为部分矿井变电所的供电网络示意图。变电所中各类高压配电装置的数量超过了200 台，为了对井下高压配电装置进行保护，还设置了高压综合保护器。

图1 部分矿井变电所的供电网络示意图

但由于煤矿井下配电网络是随着煤矿的发展而逐渐发展的，这意味着煤矿井下使用的各类电器设备和装置不是在同一时期采购的，而是在煤矿发展不同阶段按照配电网络的实际需要购买的。以高压综合保护器为例，目前使用的有多种类型，如DCZB-X、SDZB-L6.0、MCC-I/6 kV、BZGK-L/6.0型等。由于不同高压综合保护器的生产厂家不同、生产时期也不一样，导致其运行性能和稳定性也存在一定的差异。由于存在以上实际问题，导致矿井高压供电系统在实践过程中经常出现各类故障问题，如高压综合保护器时常出现越级跳闸、拒动或误动等现象，不仅对煤矿的正常连续性生产造成影响，还对矿井安全构成了严重威胁。基于此，煤矿企业决定对变电所高压配电装置进行技术改造。

2 高压配电装置改造方案

为有效解决高压综合保护器出现的拒动、误动、越级跳闸等问题，对煤矿现有的高压配电装置进行了技术改造。在充分结合实际情况的基础上，主要从以下两个方面进行了改造。

2.1 高压配电速断保护改造

首先，对煤矿变电所使用的高压配电装置进行升级换代，全部使用最新的高性能设施，淘汰旧设施，通过此举可以确保所有的高压配电装置性能之间匹配，最大限度地发挥装置的性能。其次，充分结合煤矿实际情况，在高压配电系统中增加电抗器装置，通过该装置能够合理控制短路电流。只有当电流超过装置设定的数值以后，才可以执行速断保护，以防止出现越级跳闸导致的大面积停电问题，有效控制停电范围，降低越级跳闸造成的不良影响。再次，为了营造良好的运行环境，可以在变电所附近使用干燥剂，以防止空气相对湿度过高导致电路发生短路问题。最后，需要做好高压配电装置的漏电保护工作，具体措施主要是结合变电所实际情况对各个装置的参数进行重新设置，同时对相关开关电流大小进行实时监控，一旦发现电流超标，则会立即启动漏电保护。

2.2 建设在线监控系统

2.2.1 在线监控系统整体方案

建设的监控系统可以分为井下检测部分和井上监控部分。井上和井下通过工业以太网进行数据信息的交换。在变电所检测得到的数据信息通过以太网传输至地面监控中心服务器中保存，利用控制系统对其进行分析处理并实时显示。如图2 所示为在线监控系统整体方案示意图。

图2 在线监控系统整体方案示意图

利用设计的在线监控系统可以对井下13 个变电所内的高压配电装置进行实时监测与控制。通过对监测得到的数据信息进行深度挖掘与分析，可以提前预报高压配电网络可能存在的故障问题，进而及时采取措施进行预防处理，将隐患扼杀在萌芽阶段。如果变电所高压配电网络出现故障问题，利用该监控系统可以第一时间定位故障位置，并提供对应的解决方案，协助排除故障问题，及时恢复供电。通过以上功能，在线监控系统可以有效防止矿井供电网络发生越级跳闸、大面积停电和长时间停电等问题。另外，如果矿井内部出现了瓦斯超限等紧急情况，在工作人员不方便进入矿井内进行操作时，也可以利用该系统实现远程控制或者操作，从而有效保障工作人员的安全。

2.2.2 保护器的基本工作原理

保护器是在线监控系统中最为关键和核心的装置，结合实际情况选用的保护器型号为SGZB-07A，图3 所示为SGZB-07A型保护器基本工作原理示意图。利用该保护器可以实现过流Ⅰ段、过流Ⅱ段和过流Ⅲ段的保护。其中前者称为电流速断保护，是主要的保护形式，发挥着主要作用；后两者称为两段定时限过流保护，是备用的保护形式，发挥着次要的作用。具体介绍如下：

图3 保护器基本工作原理示意图

1）电流速断保护。空载情况下，如果突然向变电所投入使用大型变压器，则会使整个电路中生成较大的励磁涌流，从而对电网造成冲击，导致速断保护出现误动问题。此时大型变压器将无法真正投入使用。为避免上述问题，对于容量超过600 kVA的大型变压器，需要对电流速断保护设置50 ms的延迟，防止出现误动现象。

2）定时限过电流保护。同样采用设置延时的方式达到保护的目的。不同的保护对象需要设置的延时时间存在差异，需要根据电网具体情况确定。从电荷方向出发，沿着电源方向，设置的延时时间应该逐渐增大。

3）反时限过电流保护。在这种保护模式下，各种保护动作响应的时间随着电路中电流值的增大而逐渐缩短。利用这种保护模式可以对与被保护对象距离较近的故障进行快速切断。

3 高压配电装置改造效果评价

将上述变电所高压配电装置技术改造方案应用到煤矿工程实践中，有效解决了煤矿变电所时常出现的拒动、误动、越级跳闸等故障问题，显著提升了供电网络运行的稳定性，为煤矿开采工作的正常稳定开展奠定了坚实的基础。产生的效果主要表现在以下几个方面：

1）通过建立电力监控系统，可以对变电所的运行情况进行实时监控，实现了反时限过电流保护、定时限过电流保护、速断保护等保护方式的有效融合，保障了系统设置的各级保护措施，能够按照设定的顺序依次运行，有效解决了拒动、误动、越级跳闸等问题。

2）通过运用电力监控系统，在提升了监控质量和效率的同时，还为煤矿企业节省了人力资源，规避了人为操作时可能带来的误差，为企业节省了人力成本。

3）对高压配电速断保护进行技术改造后，对保护动作时间进行了优化，可以有效避免由于供电网络电压不稳定导致的大面积跳闸停电问题。再加上监控系统的配合，能对各类故障记录进行自动保存，方便工作人员对故障进行排查并解决。

4）在线监控系统可以对矿井各个设备的能源消耗情况进行记录，并保存到数据库中建立管理系统。在线监控系统可以对电能消耗情况进行统计分析，找到能耗较大的方向并进行优化改进，可为煤矿企业节省电能消耗。

4 结论

1）原变电所高压配电装置由于较老旧且装置之间的性能不匹配，经常出现越级跳闸、拒动或者误动等现象。

2）对变电所中的老旧装置全部进行更换，增加电抗器装置，使得各装置之间的性能相互匹配，能最大限度地发挥装置的性能。

3）建设了在线监控系统，可以对变电所高压配电装置的运行情况进行实时监测与分析，且能够实现远程控制。

4）将高压配电装置技术改造方案应用到工程实践中，有效解决了以往出现的各类问题，为煤矿企业创造了很好的经济效益。