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)的機械化發(fā)展,人們對礦井供電系統(tǒng)的安全性、可靠性要求越來越高。其中,越級跳閘是影響礦井供電安全性、可靠性的一個重要因素。在礦井供電系統(tǒng)中,越級跳閘事故會造成采區(qū)停電或地面變電所癱瘓,若不能及時排除故障,會引起礦井瓦斯積聚,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變電所級聯(lián)的情況,井下供電系統(tǒng)復雜,同時還存在柔性掩護式支架開采,柔掩工作面小眼掘進時如果遭遇停電,極易造成瓦斯積聚,引起安全事故,降低礦井安全系數(shù)。礦井管理人員要對此予以重視,分析越級跳閘的原因,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,且為了保證開采進度,一般礦井的供電網(wǎng)路級數(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,導致保護開關在短時間內(nèi)斷路,其保護功能失效,出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象。
1.2上下級開關失效
電容電流受消弧線圈補償、電纜長度以及運行方式影響,電纜在接地連接時,其上下級保護開關的選線保護功能失效,選擇功能失效,出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象。
1.3開關欠壓脫扣器動作
短路故障、地面電網(wǎng)電壓波動等導致母線短時欠壓,在這種狀態(tài)下出現(xiàn)越級跳閘是因為大功率的開關欠壓脫扣器處于解鎖狀態(tài)。
1.4上級開關后備保護動作
在惡劣環(huán)境下,高壓開關跳閘機構靈敏度下降,甚至卡塞,導致高壓開關的跳閘動作不合理,上級保護開關引起后備保護動作,造成供電系統(tǒng)中越級跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。
2獨有的"三位一體"供電防越級跳閘技術分析及應用
"三位一體"中的"三位"是指從三個方面入手,避免越級跳閘現(xiàn)象發(fā)生,即電纜短路防越級、電纜接地防越級、電壓波動防越級,并通過開關可靠性監(jiān)測以及保護定值集中管理,避免開關拒動越級、定值不合理越級等問題,真正做到全方位防止供電越級跳閘。
供電無人值守監(jiān)控與防越級監(jiān)控融為一體,系統(tǒng)既可以獨立組網(wǎng),又可以借助現(xiàn)有光纖環(huán)網(wǎng),防越級網(wǎng)絡不容易被破壞,可靠性高,投資小,維護簡單,提高供電安全水平。
2.1分布式網(wǎng)絡保護,電纜短路防越級
網(wǎng)絡優(yōu)先技術,即防越級網(wǎng)絡識別信號在網(wǎng)絡中優(yōu)先傳輸,防越級零延時。故障定位,根據(jù)故障位置動態(tài)調(diào)整各級防越級延時,可在0.5s時延內(nèi),實現(xiàn)7級以上級聯(lián)線路防越級。開關可靠性在線監(jiān)測,機構異常自動報警,提高開關分段可靠性。分布式網(wǎng)絡保護,電纜短路防越級結構如圖1所示。
2.2基于輔助信號源的漏電選線防越級
注入信號與防越級技術相結合,注入信號不受容性電流、消弧線圈等影響,井上、井下接地選線全覆蓋,選線準確率100%。自動選線時間短(<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,擴大事故影響范圍。基于輔助信號源的漏電選線防越級結構如圖2所示。
圖2基于輔助信號源的漏電選線防越級結構
2.3基于電壓波動識別技術的電壓波動防越級
通過微機保護裝置智能識別短路引起的欠電壓、瞬間電壓波動以及長時間欠壓故障,自動投入電壓波動保護,躲避電壓波動,防止欠壓釋放動作引起大面積停電。該技術可防止由于短路故障引起的母線欠電壓或地面電網(wǎng)電壓波動引起的大面積停電。通過電壓波動智能識別技術可以解決由于電動機群起、短路故障欠電壓、地面電網(wǎng)瞬時故障欠電壓引起的越級跳閘問題,提高防越級跳閘可靠性。基于電壓波動識別技術的電壓波動防越級結構如圖3所示。
2.4開關拒動定位、智能聯(lián)跳,后備保護更可靠
煤礦井下工作環(huán)境惡劣,本級保護開關的設備一旦出現(xiàn)故障往往導致拒動現(xiàn)象,造成越級跳閘。"三位一體"系統(tǒng)具備"網(wǎng)絡識別、拒動定位、智能跳閘"功能,在故障發(fā)生時,系統(tǒng)能夠快速進行故障排除工作,在第一時間切斷故障線路,將故障波及范圍縮小,系統(tǒng)能夠24h記錄報警信息。當發(fā)生停電事故影響本級開關動作而未動作,產(chǎn)生拒動時,該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡識別技術迅速鎖定拒動開關在網(wǎng)絡中的位置后,立即啟動該拒動開關的上級開關,及時跳閘斷電,既保證了故障狀態(tài)下開關跳閘的可靠性,又防止停電范圍進一步擴大,后備保護更加可靠。"網(wǎng)絡識別、拒動定位、智能跳閘"防越級結構如圖4所示。
2.5光纖環(huán)網(wǎng)復用技術降低維護成本
光纖環(huán)網(wǎng)復用技術利用環(huán)網(wǎng)實時監(jiān)控供電系統(tǒng)信息,不但提高了供電系統(tǒng)的可靠性,且因為故障風降低使得維護成本投入減少。光纖環(huán)網(wǎng)復用技術是基于兩層網(wǎng)絡協(xié)議所研發(fā)的光纖復用技術,與TCP/1P的7層網(wǎng)絡協(xié)議相比,優(yōu)先級更高,傳輸更快(防越級信號傳輸時間<1ms）。為防止網(wǎng)絡堵塞,保證網(wǎng)絡傳輸實時性,防越級網(wǎng)絡應避免與視頻監(jiān)控網(wǎng)絡共用同一芯光纖。2.6開關動作異常在線監(jiān)測模塊提高開關＋構可靠性
該系統(tǒng)采用了針對煤礦井下常用開關動作異常在線監(jiān)測模塊,在供電系統(tǒng)中,確保了保護開關的動作狀態(tài)能夠被模塊實時監(jiān)控,在故障出現(xiàn)時,模塊能夠迅速報警,檢修人員能在第一時間接收到報警信息,并進行處理。其具體運行方式是當開關發(fā)生事故跳閘或進行跳閘試驗時,微機保護裝置自動記錄開關跳閘時間,當開關動作時間大于100ms時,則判定開關動作異常,并立即向系統(tǒng)提示告警,提醒開關跳閘異常需要更換或檢修開關的跳閘機構。
2.7井下供機系統(tǒng)"五遙操控"
系統(tǒng)可在地面實現(xiàn)對井下變電所內(nèi)供電設備的在線監(jiān)測、遠程操作控制、故障數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析:實現(xiàn)供電系統(tǒng)"五遙操控"(遙測、遙控、遙調(diào)、遙信、遙視）,構建井下"無人
ZhuangbeiYingyongyuYanjiu◆裝備應用與研究
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Linux操作系統(tǒng)的監(jiān)控軟件平臺,Linux操作系統(tǒng)源碼開源,安全分區(qū)管理,安全級別高,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),對于保證煤礦供電安全具有重要意義。
2.9先進的互聯(lián)網(wǎng)+技術
該系統(tǒng)開發(fā)了手機APP,如圖5所示,手機移動監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)控、報警記錄、視頻監(jiān)控全覆蓋,一機在手,監(jiān)控不愁:電能計量在線監(jiān)測,精度誤差<1%,應用互聯(lián)網(wǎng)＋技術,電能報表(日報、月報、年報）云端監(jiān)控,隨時隨地掌握用電成本:本監(jiān)控系統(tǒng)平臺不只是供電監(jiān)控平臺,還是礦井綜合監(jiān)控一體化軟件平臺,可兼容排水自動化監(jiān)控、輸煤自動化監(jiān)控、壓風機監(jiān)控、主扇監(jiān)控等。生產(chǎn)自動化各個環(huán)節(jié)可方便接入軟件平臺,成本低、見效快,可實現(xiàn)礦井生產(chǎn)自動化全過程一體化監(jiān)控。
3結語
"三位一體"供電防越級跳閘系統(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)生越級跳閘事故。該系統(tǒng)在趙家壩煤礦井下的成功應用,保證了礦井生產(chǎn)的供電安全,具有極高的推廣應用價值。
