煤矿供电网络（精选十篇）
煤矿供电网络 篇1
煤矿供电系统是矿山生产的重要动力保障, 几乎所有煤矿生产装备都是直接或间接以电力为动力, 一旦电力中断, 生产将被迫停止, 同时由于煤矿井下存在瓦斯和涌水, 停电后极易发生瓦斯积聚、淹井等恶性事故[1]。长期的实践证明, 由于供电设备落后、线路老化、管理手段落后、继电保护设计整定不合理等诸多因素的综合影响, 导致井下供电系统发生短路时, 保护出现误动、拒动或越过多级跳闸, 造成全矿乃至更大面积的停电事故频繁发生, 严重威胁着矿井的安全生产。
由于井下环境恶劣, 地理形势不好, 一般电缆要根据巷道来分布, 并且矿井负荷分布很不均匀, 大部分负荷集中在配电线路的末端[2], 就目前的配电网优化方法来说, 在算法上并不能完全适用于矿井配电网, 因此, 矿井配电网应选用特殊的优化方案来实现供电的安全和可靠性。笔者提出了一种基于图论的煤矿井下高压供电网络优化方案。优化前后的矿井高压供电网络潮流计算结果表明, 该优化方案可有效提高矿井供电网络的电压质量。
1 矿井配电网的特征
矿井配电网与一般配电网相比有一定的差异。煤矿井下多采用逐步分支多级供电形式, 且级与级之间线路较短, 这就造成了在多级供电方式下, 当下级配电回路发生大短路电流的短路故障时, 即使其上级保护装有带短延时的三阶段保护断路器, 也往往无选择性地越级跳闸, 造成大面积停电。主要原因:当配电回路阻抗小时, 下级回路的短路电流超过上级断路器的瞬动整定值, 使瞬动保护越级动作而短延时保护不起作用。
井下供电系统停电不仅会造成生产的停滞, 还会造成瓦斯聚积;井下供电线路或设备工作环境恶劣, 绝缘性能降低, 造成线路或设备发生击穿产生火源, 特别是线路 (接头) 绝缘降低, 停电后二次送电会造成绝缘击穿引起瓦斯爆炸等, 给煤矿的安全生产带来很大的影响。这对煤矿供电系统提出了更高的要求:不仅要求无计划停电次数要少, 而且要求停电故障范围要小, 事故恢复要快速, 使得停电线路不会影响煤矿安全生产。
图1为某矿井下高压供电网络简图, 节点1和节点2之间是3回线, 其它各节点之间都是2回线。结合该矿负荷统计资料可知, 井下馈线供电线路多为两级以上, 最末一级节点6与上一级节点4之间线路较短, 电流保护整定计算时, 节点4的电流速断保护没有整定范围, 装设在节点2的电流速断保护与装设在节点4的电流速断保护在电流动作值上无法配合, 会造成节点2与节点4之间的电流速断保护误动作, 因此, 发生越级跳闸事故的可能性比较大[3] 。节点8也是同理。矿区的大部分负荷集中在节点6和节点8, 这2个变电所位于采区附近, 电动机负荷较多, 越级跳闸可引起地面、井下中央变电所进线馈出柜断路器跳闸, 造成大面积停电, 严重威胁矿井及人身安全。
2 基于图论的煤矿井下高压供电网络优化
图论是近年来应用十分广泛的运筹学分支, 电力系统中的很多问题都可以用图论的方法来解决, 如输电系统规划、电力系统可靠性分析、电力系统状态估计等。在电力系统规划中应用较多的是图论中的最短路径问题、最大流问题以及最小费用流问题, 这些问题都属于网络流问题。本文采用最短路径法对井下高压供电系统进行网络优化, 以减小井下供电线路的级数。
2.1 最短路径问题
最短路径的算法可以直接解决电力系统规划的一些问题, 如线路的安排、变电站的布局等。最短路径经典算法是标号法, 是目前最有效的算法之一。
最短路径问题考虑的是有向网络N= (V, A, W) , 其中弧 (i, j) ∈A对应的权ωij称为弧长或费用, 2个顶点s, t∈V, 以s为起点、t为终点的有向路径称为s-t有向路径, 其所经过的所有弧上的权 (或弧长、费用) 之和称为该有向路径的权 (或弧长、费用) 。所有s-t有向路径中权最小的一条称为s-t最短路径[4]。
2.2 最少级数问题
在网络问题中, 除了求取任意两点之间的最短路径外, 还有一类问题, 就是讨论从考察节点到其它节点之间的最小级数问题 (弧数问题或段数问题) 。该问题在电网规划中就是供电线路的级数问题, 线路级数越多, 按照固定时限配合的过电流保护的延时越长, 对故障的切除非常不利, 严重影响供电系统的稳定性。因此, 有必要在供电线路级数上进行规划。从起点V0到终点Vn的所有路径中, 中间节点数最小的路径称为最少级数路径。
一般可采用枚举法来求取最小级数路径。通常情况下, 在从V0到Vn的所有路径中, 最短路径的级数也最少。
2.3 煤矿井下高压供电网络的优化
煤矿井下高压供电系统多采用双回路辐射状供电方式、或环网供电方式实现对分布负荷的供电。而井下高压防爆开关为了生产安全, 都没有独立的操作电源, 通过电压互感器取自其上一级线路末端, 如果该线路无电或电压过低, 则该高压防爆开关处于失电断开闭锁位置, 只有该线路得电后或电压恢复后才有操作电源。因此, 从网络优化的角度, 结合煤矿井下负荷的特点, 应尽量减小一级负荷供电的级数。综合考虑全矿的生产负荷以及相互影响, 适当减小井下供电线路级数, 可以减小停电对煤矿井下安全生产的影响。
以某矿为例, 原6 kV供电系统东、西采区的双回路供电方式如图1所示。图1中, 节点1为35 kV变电所;节点2为广场变电所;节点3为中央变电所;节点4为东区二号变电所;节点5为西区四号变电所;节点6为东区一号变电所;节点8为西区一号变电所;节点7为井底变电所。
节点1～2、2～3、2～4、2～5、3～4、3～5、4～6、3～7、5～8之间的距离分别为1.2 km、1.2 km、3.5 km、3.5 km、3.5 km、3.5 km、0.6 km、1.0 km、0.8 km。
节点6有2条供电路径: 路径1:1→2→4→6, 中间节点数为2, 路径总长L1=1.2+3.5+0.6=5.3 km;路径2:1→2→3→4→6, 中间节点数为3, 路径总长L2=1.2+1.2+3.5+0.6=6.5 km。
节点8也有2条供电路径: 路径1:1→2→5→8, 中间节点数为2, 路径总长L1=1.2+3.5+0.8=5.5 km;路径2:1→2→3→5→8, 中间节点数为3, 路径总长L2=1.2+1.2+3.5+0.8=6.7 km。
考虑最少供电级数和最短供电路径, 节点6和节点8都采用路径1的供电方式, 则优化后的供电网络如图2所示。
图2中, 节点1和节点2、节点2和节点4、节点2和节点5之间是4回线, 其它节点之间都是2回线。从图1和图2可看出, 图1中节点4取自节点2和节点3两路电源, 则优化后来自节点2和节点3的2路电源都直接由节点2提供, 节点5与节点4同理。这样减少了经过节点3的迂回线路, 且直接由节点3的上一级节点2提供电源, 提高了供电的可靠性。同时, 优化后的网络减少了供电路径, 这对降低电压损耗、提高电压质量有一定的改善作用。
2.4 从供电运行方式上解决电流速断不配合问题
由于越级跳闸造成井下供电中断, 引起瓦斯聚积、生产停滞, 特别是一回路运行、一回路明备用的井下供电运行方式, 使得井下供电恢复的时间延长, 在瓦斯比较严重的矿区将无法保证安全生产。为此, 笔者采用双回路分列运行, 利用母线分段开关做供电负荷的备用, 母线分段开关只起联络作用, 由于距离短, 不设保护, 仍用母线出线处开关作保护。同时, 对一些影响井下安全生产的重要负荷, 可采用直配线路。改进后的供电网络如图3所示。
图3中, 节点2分别带节点4和节点6的负荷, 而节点4分列运行, 中间采用一个真空开关相连, 当节点6发生故障, 而节点2与节点4之间开关越级跳闸时, 可采用线路②供电, 这样线路①与线路②互为备用, 也就是将地面的暗备用在井下用作明备用, 2条线路同时运行。节点8也采用节点6的运行方式。这样大大提高了供电的可靠性和安全性。
2.5 某矿优化结果
采用电力系统综合分析软件 (PSASP) 对优化前后的矿井配电网进行潮流计算, 则优化前后节点的电压幅值对比如表1所示。
从表1可看出, 优化后的矿井供电电压质量有了很大的提高, 电压合格率达到规定的标准, 同时投资小, 经济效益良好。
3 结语
本文针对煤矿井下高压供电网络易发生越级跳闸的问题, 提出了一种新的煤矿电网规划优化方案, 即采用图论中的最短路径法对井下高压供电系统进行网络优化, 以减小井下供电线路的级数。通过对某矿井下高压供电网络规划优化, 经潮流分布校核和分析, 结果表明, 该方法能有效提高矿井供电系统的安全性、可靠性。
参考文献
[1]陈国强.提高煤矿供电系统可靠性的措施与对策[J].能源技术与管理, 2007 (1) :89.
[2]牟龙华.矿井供电线路故障测距方法的研究[J].中国矿业大学学报, 1998, 27 (1) :36-38.
[3]翟红, 李朝良, 朱国华, 等.延伸三专供电的探索与实践[J].煤炭科学技术, 2004, 32 (2) :37-38.
[4]谢金星, 邢文训.网络优化[M].北京:清华大学出版社, 2000.
煤矿供电班建设 篇2
班
长：李圈峰
副 班 长：袁继东、高亚东
班组委员：胡晓峰、雷
勇
供电班建设总体目标
为紧紧围绕矿提出的“八十万、一万
五、少亏损、安全年”的奋斗目标的实施。切实转变班组作风，打造一流班组执行力，强力推进“班组五个到位”管理，提高工作效率，确保区队与班组目标的实现。
一、2010年班组奋斗目标：
“规范班组管理，强化班组建设，保证安全生产”。
二、班组工作具体目标：
1、杜绝重大事故和严重隐患。
2、杜绝重伤和二级以上非伤亡事故。
3、杜绝井下电气设备失爆。
4、全年实现安全生产，质量标准化进一步巩固提高。
供电班共同愿景及个人愿景
供电班共同愿景：
建和谐创新型安全、高效、经济、运行、班组。供电班个人愿景：
高亚东：立足本职工作，干好本职工作 袁纪东：踏踏实实做人，兢兢业业做事 胡晓峰：不断学习，做新型员工 翟红宾：知识创造力量，知识改变人生 万四轩：和谐工作，家庭美满 杨俊业：提高素质，增加服务意识 刘
涛：以成为本，以信为立
李卷峰：在家你是顶梁柱，在岗你是一片天
供电班工作标准
1、熟悉本队井下所辖供电系统，严格执行矿各种规章制度，掌握设备的性能、工作原理，并能处理设备故障。
2、严格执行本工种操作规程和停送电制度。
3、认真执行矿包机制，保持设备清洁卫生，使设备经常处于完好状态。
4、坚持使用漏电继电器，及设备的各种保护，不得甩保护送电。
5、对本队所辖设备，经常检查，维修和检查，杜绝无检修。
6、对本队井下所辖设备，严格按要求接线，杜绝失爆现象。
7、对发现的设备隐患及时处理，如不能处理向队领导反映。
8、核对供电系统和用户负荷，使设备标志牌、供电系统图和实际负荷对照，按系统运行部提供的各种整定值整定进行开关整定。
9、执行各种检修及施工措施。
供电班培训制度
为贯彻“安全第一、预防为主”的方针，加强班组职工安全教育与培训工作，提高职工安全素质，增强职工的安全意识和安全防护能力，减少伤亡事故的发生，特制订本制度。
班组培训：其一是对新招聘的员工进行岗前培训，其二是对老员工进行在职培训。
班组培训内容：岗前培训的内容主要是学习矿队规章制度、基本的岗位知识、实际操作技能、基本的专业知识，以便较快地适应工作。职工在职培训的主要内容是干什么学什么，从实际出发，更新专业知识，学习新的业务和技术。
班组培训时间：
1、每周二下午16:30按时参加队安全知识教育培训。
2、每周六下午15:00为本班组业务技术培训。
3、班组内部培训学习时间一般为60分钟，出勤率要达到95%以上，迟到罚款10元，旷课罚款50元。
供电班工作责任区域分配
供电班工作责任区域：负责井上下所有变电所（站）、灯房、各个区域的箱变、移变以及井上下供电线路的文明生产和设备的安全运行、以及本班人员。
（1）、雷 勇 ；负责生产系统变电所、厂前箱变、汽车仓箱变的供电设备的完好、消防器材齐全、停送电制度落实及操作，以及线路等文明生产、检查和维修工作。
（2）、胡晓峰；负责矿灯房内灯架、风井架空线路、风井系统变电所内高低压供电、变压器等设备的完好、消防器材齐全、停送电制度落实及操作，以及线路设备、仪表运行的检查、维修和文明生产等工作。
（3）、万四轩 ；负责己二绞车房变电站和己二中部变电所、-760变电所内高低压供电设备、变压器的完好、电气防爆工作、消防器材齐全、停送电制度落实，以及高压供电线路的文明生产、检查和悬挂等工作。
（4）、高亚东 ；负责火药库（供电、照明、电气防爆工作）和负责中央变电所、己煤上仓变电所内高低压供电设备、变压器的完好、电气防爆工作、消防器材齐全、停送电制度落实，以及高压供电线路的文明生产、检查和悬挂等工作。
（5）、袁纪东 ；负责高强皮带变电站和己二上部、己一变电内高低压供电设备、变压器的完好、电气防爆工作、文明生产、消防器材齐全、停送电制度落实，以及高压供电线路的检查和悬挂等工作。
煤矿供电保护及其改进 篇3
关键词：煤矿电气供电保护改进
0 引言
目前煤矿供电设备的电气保护有过流保护、接地保护和漏电保护三种类型。在煤矿安全生产中，煤矿供电保护具有非常重要的作用，保护一般应具有选择性、快速性、灵敏性及可靠性四个基本要求，否则有可能引起保护拒跳、误跳，或者保护跳闸范围扩大，严重时造成井下瓦斯急剧上升，出现瓦斯积聚，甚至发生瓦斯事故，给矿井和人身安全造成严重威胁。煤矿的电气设备和供电系统的保护大多采用继电保护装置，随着计算机技术、微电子技术、信息技术、网络通信技术的不断发展，智能保护系统已经研制成功，在硬件方面，采用具有强大数据处理能力的DSP微处理器，低功耗可编程逻辑芯片和高集成度的专用芯片，使整个系统的可靠性有很大提高，从而保证了生产质量。
1 井下有关保护
煤矿井下的环境较特殊，其设备分为矿用一般型电气设备和矿用隔爆型电气设备，前者不具有防爆性能，适用于没有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所；后者具有防爆和隔爆性能，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。同时，电气设备按工作电压高低分为低压电气设备和高压电气设备，井下电气设备大多属一类负荷和二类负荷，工作时的电流、电压都较大，对其保护是保证可靠性工作的关键。
1.1 过流保护 电火灾产生的主要原因是电网的过电流，而过电流又是由短路、过载引起的，因此防止电火灾方法就是防止过流的产生。过流保护包括短路保护和过载保护。目前电磁式继电器和电子式继电器均可实现短路保护，而过载保护可由电磁式继电器、电子式继电器和热继电器实现。
1.2 接地保护 电气设备的绝缘损坏，其金属外壳和架构就会带电。当人触及此电气设备时就会发生触电事故，而且我国规定触电的安全极限交流电流值为30mA，因此要通过接地保护限制通过人身的电流使其在极限电流之内。保护接地的关键是将保护接地装置的接地电阻降低到规定的范围内，就可以使流过人体的电流不超过安全极限电流，确保安全生产。
1.3 漏电保护 当电网绝缘电阻小于一定数值时，人触及后会产生触电危险，而且漏电不仅会使设备进一步损坏，形成短路事故，同时还导致人身触电和漏电火花引爆瓦斯、煤尘的危险。因此在井下供电系统中必须装设漏电保护装置实现绝缘监视、漏电保护以及补偿流过人身的电容电流的作用。无选择性漏电保护采用附加直流电源的保护原理，在包含对地绝缘电阻的检测回路中附加直流电源，监视其直流电流的变化，达到监测绝缘电阻的目的。有选择性漏电保护采用零序电流保护原理。零序电流信号由零序电流互感器获得。当未发生漏电时，一次侧三相电流对称，其电流相量和为0，二次侧无电流输出；当发生漏电时，一次侧三相电流不对称，其电流相量和不为0，二次侧有电流输出。
2 改进方案
2.1 过流保护改进 反时限过电流保护由GL型反时限继电器组成的过流保护接线简单，运行可靠，一次投资少，但其缺点是保护动作后值班人员不能立即区分是过流起动或是短路引起的速断起动，如速断起动后再次送电将导致故障点联入电网，扩大事故范围，影响安全运行。
因为GL型继电器由反时限感应和定时限速断两部分组成，触发后都起动一个机械掉牌信号，所以不能区分是哪一部分动作。对此的改进措施是给GL继电器反时限感应部分另加一个回路信号。过流起动动作时，反限时部分先动作，经过一段时间后起动“另加信号”，并推动主接点闭合，使继电器自身机械掉牌信号动作。速断起动时，该部快速吸合推动主接点闭合，自身机械掉牌动作，而另加的反时限感应部分的信号不动作。这样，过流起动两个信号(“另加”和自身)而速断只起动一个信号(自身)，方便地将二者区分开来。曾考虑用光敏系统使反时限部分实现“另加信号”，但要求技术高，造价贵，故改用下述办法：取代原来的GL—11、12、15型而用GL—13、14、16型继电器，其延时接点和一只信号继电器XJ组成另加信号回路。需注意的是：①应根据现场情况选择XJ型号，一般用DX—31系列。②原保护采用GL—11、12、15型继电器者须对应更换为GL—13、14、16型继电器。③XJ采用图1a)、b)两种接法均可，实际采用图1。
2.2 短路保护新设想 目前煤矿现场采用三种办法进行短路保护：①并接电缆增强电流来满足整定值的要求；②在工作面顺槽增加临时变电所，将移动变电站靠近工作面；③增大顺槽巷道断面，将移动变电站放在轨道上靠近工作面。这三种办法都要增加大量投资，安装维护量大，安全性差。在短路发生时有两大特点：①短路电流大；②功率因数高，在0195以上(两相、三相都一样)，正常工作时，工作面电流小于额定值，功率因数在0.85左右。
根据上述短路电流与起动电流变化趋势不同，利用短路时电流脉冲波形宽、而起动电流脉冲波形窄，电机起动时上升及下降沿陡、脉冲波宽度比较窄、短路电流波形比较宽、一般是起动电流波形的2倍以上等特点，用电脑数字技术进行鉴别，来判断电路是否发生短路，而从根本上摆脱受供电线路长短、变压器容量及电压等级的约束，做到井下供电短路保护灵敏、可靠、准确。
3 结束语
改进措施2002年在米村35 kV变电站两块6kV馈出线运行半年，馈出线共跳闸12次(11次过流，1次短路)，全部都即时分辨清楚跳闸类型。同时随着计算机技术、网络技术、可编程逻辑控制器件(PLC)、单片机(MCU)技术、总线技术、微电子技术等的飞速发展，采用软件控制代替触点控制，尤其是PLC、总线技术或液压技术和智能电气设备的结合，使整个系统的可靠性和安全性会有更大程度的提高。
参考文献：
[1]王红俭，王会森.煤矿电工学[M].北京：煤炭工业出版社.2005.
[2]王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术[M].北京：机械工业出版社.2001.
[3]顾永辉，等.煤矿电工手册：第二分册下[M].北京：煤炭工业出版社.1998.
[4]方承远.工厂电气控制技术[M].北京：机械工业出版社.1998.
煤矿供电网络 篇4
煤矿供电系统井下供电通常采用6 /10 k V高压穿越多级变电所,各级变电所之间距离较近,线路阻抗较小,短路故障时上下级线路保护装置故障电流差别较小,某一级供电线路发生短路故障时,容易出现越级跳闸现象; 另外煤矿供电系统为小电流接地系统,70% 的煤矿供电系统故障为单相接地故障,若不能准确进行接地故障选线并快速隔离故障点,可能出现故障向其他线路扩展而危及煤矿安全生产。 出现这些问题的主要原因是故障信息受电网运行方式、负荷波动及电网分布电容影响较大,而传统线路保护装置只基于本地电量信息独立判断,故障信息有限,从而容易出现误判、误动或拒动现象。
随着基于IEC 61850通信标准的数字化变电站在电力系统的逐步推广,基于高速网络通信、利用全局信息进行集中控制的保护方式大大提高了保护可靠性,这种信息共享的保护方式为解决煤矿供电系统的保护问题提供了思路。但其要求多点数据同步采集与传输,对通信网络的速度、容量和可靠性要求较高,建设投资 较大。 GOOSE ( Generic Object Oriented Substation Event,面向通用对象的变电站事件) 是IEC 61850提供的快速报文通信机制,以高速以太网P2P通信为基础,报文采用特殊映射方式, 支持IEEE 802. 1P报文优先级和IEEE 802. 1Q虚拟局域网协议,传输延迟极小,通信实时性高,主要用于传输间隔闭锁信号和实时跳闸信号[1,2]。本文提出了在煤 矿供电系 统各线路 保护装置 间,基于GOOSE网络传输闭锁信号和零序全电流矢量信息, 构建多点故障信息共享的保护技术,可有效解决短路故障时越级跳闸和单相接地故障时误选、误判问题。
1基于GOOSE网络传输闭锁信号的防越级跳闸技术
传统防越级跳闸技术采用电气信号闭锁方式。 在发生短路故障时由检测到故障电流的线路保护装置向有电源联系的上级线路保护装置提供电气闭锁信号,保证距故障点最近的线路保护装置动作。但变电所内需要传输的闭锁信号较多,接线关系复杂且难以实现可靠的自检功能,信号电缆或闭锁逻辑器出现故障时难以及时发现; 各级变电所之间信号电缆相对较长,传输的低压电气闭锁信号易受电磁干扰而引起误动或拒动[3,4]。
1.1GOOSE闭锁保护动作逻辑
在电力系统数字化变电站中,各智能测控终端间通过光纤互联,利用GOOSE网络取代信号电缆传输闭锁信号构成站内防误闭锁保护[5,6]。同理利用GOOSE网络在煤矿井下供电系统各上下级线路保护装置间纵向传输闭锁信号亦可有效防止越级跳闸。在具有电能传输关系的上下级线路保护装置间建立GOOSE通信,当供电系统某点发生短路故障时,短路点上游多个线路保护装置检测出故障电流大于其过流Ⅰ段保护整定值后,立即向其上级线路保护装置发出GOOSE闭锁信号,闭锁上级线路保护装置的跳闸信号输出,距离故障点最近的线路保护装置由于收不到GOOSE闭锁信号而在短延时后输出跳闸信号,将短路故障锁定在最小范围。
GOOSE闭锁保护动作逻辑如图1所示,其中I为故障电流,IIdz为过流Ⅰ段保护整定值,N为与线路有电源 联系的下 级线路保 护装置数 量。IEC 61850标准要求GOOSE通信延迟小于4 ms,考虑到变电所间GOOSE通信可能通过多个交换机,延迟时间增加但最大不超过10 ms[2],因此短路故障时短路点上游线路保护装置在检测到故障电流大于其过流Ⅰ段保护整定值后,过流Ⅰ段保护动作,延时t1= 10 ms等待下级线路保护装置的GOOSE闭锁信号。若10 ms内没有收到GOOSE闭锁信号,说明该线路保护装置距故障点最近,则开放跳闸信号输出; 若10 ms内收到GOOSE闭锁信号,则认为故障不在其过流Ⅰ段保护范围内,闭锁跳闸信号输出。
GOOSE闭锁信号产生及解除逻辑如图2所示。 断路器跳闸后切除故障电流,各线路保护装置过流 Ⅰ段保护自动返回并解除发出的GOOSE闭锁信号。若断路器失灵拒动,线路保护装置发出跳闸信号后延迟 一段时间 故障电流 继续存在,需解除GOOSE闭锁信号,由上级线路保护装置切除故障。 目前井下常用真空断路器跳闸动作时间约60 ms, 考虑断路器不同型号和个体动作时间的分散性,从线路保护装置发出跳闸信号到故障消失约t2= 100 ms,若100 ms后故障电流继续存在,则可认为断路器拒动,解除GOOSE闭锁信号。
1.2GOOSE闭锁保护实例分析
典型煤矿井下两级变电所GOOSE闭锁保护原理如图3所示。变电所接线方式为单母线分段接线,正常情况下分列运行。若在某t = 0时刻采区变电所k1点发生相间短路,则线路保护装置P31,P21, P11和P01同时检测出故障电流。依据保护算法和故障判据,在t = 10 ms时线路保护装置P31,P21和P11过流 Ⅰ 段保护动 作,向上级线 路保护装 置发送GOOSE闭锁信号。t = 20 ms时线路保护装置P11和P21由于已分别收到P21和P31发出的GOOSE闭锁信号而闭锁其跳闸信号输出,线路保护装置P31由于最靠近故障点没有收到下级线路保护装置发送的GOOSE闭锁信号而开放跳闸信号输出。断路器D31跳闸后于t = 120 ms时完全切除故障电流,各线路保护装置过流Ⅰ段保护自动返回并解除GOOSE闭锁信号。若断路器D31拒动,t = 120 ms时故障电流仍存在,线路保护装置P31解除向P21发出GOOSE闭锁信号,P21开放跳闸信号输出并由断路器D21动作来切除故障。
可见由GOOSE网络传输闭锁信号代替传统信号电缆传输电气闭锁信号能够有效防止越级跳闸现象,并可利用GOOSE通信实现通道自检,保证保护动作的可靠性。
2基于GOOSE网络的单相接地保护技术
目前煤矿高压供电系统通用线路保护装置的单相接地保护多采用零序功率方向保护原理,只能基于本线路的稳态零序电量信息进行判断,不能获取其他线路电量信息,故障信息不够全面,判据不充分,经常出现误判、误选现象。当前常见的单相接地保护及选线方法有小波分析法、首半波法、能量法、 Prony法和各种模型参数识别法等,但这些方法基于全部供电线路的暂态零序电量信息进行判断,通信数据量较大,在现行煤矿供电分布式保护模式架构下难以实现保护装置间大容量采样数据的实时交换。
GOOSE网络虽不适于传输大流量瞬时模拟量, 但可传输稳态模拟量,因此利用GOOSE网络传输稳态模拟量来实现故障信息共享,综合全部线路信息进行故障判断,可有效降低独立线路保护装置单相接地保护的误选、误动率,提高单相接地保护的可靠性。
2.1零序全电流功率方向保护原理
传统单相接地保护算法中工频零序有功功率方向法和零序无功功率方向法实用性较强。零序有功功率方向法在中性点经消弧线圈接地系统中选线较准确,而零序无功功率方向法在中性点不接地系统中选线较准确,综合两者特点,文献[7-8]提出了零序全电流功率方向法,算法简单可靠,适用于不同接地方式的煤矿供电系统。
零序全电流功率方向保护原理如图4所示。小电流接地系统中发生单相接地故障时,若以零序电压矢量作为坐标系横轴正方向,线路的零序电流无功分量,考虑非故障线路绝缘电阻等造成的阻性零序电流有功分量则非故障线路的零序全电流矢处于第一象限,而故障线路的零序全电流矢量的位置则与中性点接地方式有关。对于中性点不接地系统与所有非故障线路的零序全电流矢量之和反相而处于第三象限; 对于中性点经消弧线圈接地系统,考虑故障线路接地电阻和消弧线圈电阻造成的零序电流有功分量,根据消弧线圈补偿的程度不同,在过补偿与全补偿情况下处于第二象限,在欠补偿情况下处于第三象限[7]。
零序全电流功率方向保护原理不用区分中性点接地方式,零序全电流矢量处于第一象限即可判定为非故障线路,处于第一象限之外可判定为故障线路[8,9]。但由于互感器测量偏差的影响,实际工程应用中,在单相接地故障时可能会出现多条线路零序全电流矢量处于第一象限之外,若单纯依靠本线路的零序全电流矢量信息判断,会导致多个线路保护装置出现误判现象。由于单相接地故障时同一母线上不同线路的零序电压矢量相同,假设互感器测量偏差方向一致,当有多条线路的零序全电流矢量处于第一象限之外时,零序电压矢量与零序全电流矢量之间角度最大的线路即为故障线路。
2.2基于GOOSE网络传输模拟量的单相接地保护选线方案
各线路保护装置实时检测本线路电压和电流, 当出现单相接地故障时零序电流和零序电压突变触发启动单相接地保护处理程序: 采集本线路零序电流数据并通过相关算法得到零序全电流矢量基波幅值和相角信息,通过GOOSE网络以组播形式发送给同级其他线路保护装置,各线路保护装置通过GOOSE报文收到所有同级线路的零序全电流矢量信息,根据零序全电流功率方向保护原理判断本线路是否为故障线路,若为故障线路则发出跳闸指令, 断开故障支路。若选线正确,故障支路断开后供电系统恢复正常; 若选线错误,单相接地故障继续存在,误动线路的保护装置发出报警信息,其余线路保护装置可根据程序设置延时后继续进行故障选线或等待操控人员现场处理。
单相接地保护的横向选择性由同级线路保护装置通过GOOSE网络共享故障模拟量信息实现,上下级线路保护装置之间的纵向选择性可以靠时间差配合来实现,也可按照短路保护防越级跳闸模式,通过GOOSE网络传输闭锁信号方式实现。
3基于GOOSE网络信息共享的煤矿供电保护技术实现方法
通用线路保护装置均采用多板卡插接组合设计,数据采集模块、CPU控制模块、网络通信模块均为独立板卡,而基于GOOSE网络信息共享保护技术的线路保护装置在电量信息采集及处理、I/O接口和人机交互等硬件电路设计上与通用线路保护装置完全相同。因此在通用线路保护装置基础上,软件方面只需调整相关电量信息采样、数据处理、单相接地保护选线算法和跳闸闭锁逻辑,增加GOOSE通信参数设置功能,硬件方面只需添加GOOSE网络通信模块,即可实现故障信息共享。
GOOSE通信机制 要求通信 网络能够 支持VLAN划分、报文优先级选择和MAC地址识别来满足其通信的实时性。因此线路保护装置的GOOSE网络通信模块设计需选用能支持IEEE 802. 1Q虚拟局域网和IEEE 802. 1P优先级处理的10 /100 Mbit / s自适应以太网控制器。
煤矿基本上实现了网络化安全生产监控,多数已经建设千兆光纤工业以太网并连通各变电所,交换机等网络设备满足GOOSE网络通信要求。变电所各线路保护装置通过其GOOSE网络通信模块经交换机互联,GOOSE通信网络结构如图5所示。
根据不同的保护功能,GOOSE报文组播范围不同。单相接地保护故障信息是在变电所内部同级线路保护装置间横向组播,防越级跳闸闭锁信号是向上级线路保护装置纵向组播。不同保护功能的GOOSE报文需要设置报文的心跳间隔、变化间隔、 MAC地址、VLAN地址及优先级等。网络交换机需配置报文优先级处理功能和VLAN划分功能,通过对交换机端口静态配置和划分VLAN来限制不同GOOSE报文的组播域,保证GOOSE通信的实时性和可靠性[10]。
4结语
煤矿安全供电管理制度 篇5
（一）高压供电
1、为了加强高压供电管理，高压线路和设备均由机运科负责，机运科要设有一名技术员专管，电工班具体负责高压供电系统的检查、调整和试验。
2、地面高压架空线路、井上下高压电缆、高压配电装置都要统一编号，要注明规格、长度、容量等数据。机运科要有以下图纸。
（1）、地面高压架空线路输电线路和位置图。
（2）、高压供电系统图
（3）、井下高压电缆和高压设备安装位置图
（4）、高压供电设备牌板和台账
（5）、高压电气设备预防性试验资料和维修记录
3、高压供电设备，按规定检修周期和电气设备的检修标准进行检修。检修后，要进行验收并做好检修记录入档。
4、架空线路每年要进行不少于二次的登杆检查，每月不少于一次的定期巡视，每年雨季前进行一次全面检修，遇到大风暴雨和严重结冻等特殊情况要及时检查。
5、井上下高压电缆每月要进行一次定期检查，每年一次防锈、防腐处理，在电缆设施处进行其他，施工单位要制订措施，按程序审批后，由机运科现场核准、落实，方可进行施工。
6、电气设备使用绝缘油，要进行定期试验。直接启动设备的操作开关半年一次，其它每年一次，因短路掉闸三次者，必须补加一次试验，对试验不合格者，要及时处理和更换。
7、井上下高压线路和设备的安装必须有合理的设计并经有关单位审批后，方可进行。高压电气设备在安装检修后，运行期间要根据煤矿电气设备绝缘试验的规定，进行定期试验和接地电阻的测定，不合格者，要及时处理。
8、防避雷保护要按照“高压保护规程”进行安装，根据《煤矿电气设备试验规定》进行试验和测定。
9、地面变电所，出线上要装设过流和选择性的检漏电保护装置，井下中央变电所及采区变电所的高压开关，要装设过流及无压释放的保护装置。上述保护根据《煤矿安全规程》规定进行装设、整定校验装置。上述保护根据《煤矿安全规程》规定进行装设、整定、校验和调整，每年不少于一次，应在雨季前进行。遇到越级跳闸、保护失灵和仪表不准等腰立即进行检修或更换，保护整定值不经过主管技术员批准，不准任意变动。
10、有人值班的地面变电所，井下中央变电所，都要设置事故照明或报警信号，井上下变电所都要设有不少于两只灭火器、0.3m³的灭火黄砂，并备有钎子、铁锹等灭火工具，上述灭火器材都要设置在机房和銅室的入口明显处，并妥善保管。
（二）井下低压供电管理制度
1、机运科要设有专职井下低压供电技术员，配备防爆设备维护人员，具体负责低压电器设备的检修工作。
2、各采区电气设备的安装必须要有设计，设计中包括供电系统图、变压器容量、开关型号、电缆截面、电缆长度、过流保护整定值；二相短路电流值等技术数据；然后方可安装。在投入运行前要检查过流、漏电、接地三大保护装置是否与设计和《煤矿安全规程》要求相符，否则不准投入生产。
3、井下装设零星电气设备，安装单位必须以书面形式书写用电申请，经专管电气技术员批准，在指定的地点和部位搭火，供电维护班有权拆除，由此影响生产和出现事故由私自搭火人负责。当设备和线路需要拆除时，向变电所值班员提出停电通知，并汇报调度室。在拆除开关一端口电缆出线时，拆除电缆的开关接线口用合格的钢板堵死，防止开关爆炸。
4、井下变电硐室的漏电继电器必须使用，每天进行一次动作试验，每月进行一次远方试验。127V系统要安装综合保护，每天要进行一次动作试验，由各井区维护班长负责试验，其它变电所由供电维护班负责试验。上述试验，都要详细记录漏电继电器检查记录薄内，发现继电器或开关跳闸不灵敏时，要及时检修或更换.5 井下变电所内的电气设备,机运部资料室都要有相应的低压供电系统图,在图上要注明设备型号 规格 电缆线截面 电缆长度 过流整定值 两相电流短路值等技术数据，并妥善保管。井下低压防爆开关的过流保护，要根据设计和低压供电系统图中标定的整定值进行过流整定和装设保险，不经专管井下电气技术员批准，不得任意改动，过继电器由井下供电包机人负责，每周检查核对一次。7 接地保护要符合《煤矿安全规程》规定。矿用低压橡套电缆要由机运部负责统一管理 统一领取 统一建卡编号 统一分配 统一维修。使用中的电缆要吊挂整齐 四线分开，禁止铁丝吊挂，要消灭“鸡爪子”“羊尾巴”“明接头”，电缆在安装和回收过程中，不准任意割断，特殊情况需机运部批准。每旬进行一次井下低压供电检查，重点检查设备完好情况，电缆吊挂情况，小型电气状况，要求防爆设备装备率到达百分之百，防爆设备失爆率为零，电气设备完好率不低于90%，低压电缆合格率不低于90%，小型电器合格率不低于85%。
煤矿供电网络 篇6
为避免井下发生短路故障后引发越级跳闸, 平煤一矿采用具有智能网络保护技术的SGZB-07A高压配电综合监控保护装置和KJ516电力监控管理系统, 且取得了良好的效果。
1 原方法存在的问题
平煤股份一矿井下高压开关定值原采用了过流定值和延时逐级区分避免供电系统的越级跳闸。但由于煤矿井下供电线路较短, 发生过流故障时, 故障点的故障电流与线路电源端的故障电流几乎一致, 在这种情况下, 采用过流定值和延时逐级区分方式无法正确判断故障位置, 无法避免越级跳闸。该矿一水平戊七二变和戊七一变2个变电所进线开关为并联, 在两变电所内负荷开关发生过流故障时, 经常因所内保护可靠性低, 导致一水平中央变电所及地面变电所开关跳闸, 从而影响整个一水平供电系统的运行, 给安全生产带来极大的隐患。
2 智能网络保护技术概述
越级跳闸现象由多种原因造成, 需要有针对性地采用解决方案, 总原则为“系统性、非单一”。网络继电保护技术以网络为基础, 综保、分站和监控系统三者或两两之间实现故障信号、供电系统拓扑关系等信息共享, 综保根据共享信息确定自身相对故障点的位置, 并智能地选择相应的保护方式。通过网络通信实现上下级开关的数据共享, 根据线路上每台开关的监测数据和其所处位置确定故障区域, 并根据开关相对故障区域的位置确定保护方式, 使离故障点最近的开关速断保护动作切断故障, 其余开关综保处于后备状态。若采用的主保护开关因机构原因无法分开切除故障, 则上级开关后备保护动作切断故障, 从而防止越级跳闸事故的发生。
该保护方式使供电线路中各级开关均具备速断保护, 供电系统中任一点发生短路故障均由速断保护作为主保护切断故障, 并集母差、纵差保护功能于一体, 整个系统后备保护的延时时间随故障点位置的不同而动态调整, 可保证用最短时间切除故障。
3 典型故障案例
3.1 安装KJ516系统前
2010年8月, 平煤股份一矿一水平戊七二变4#胶带电机曾发生一次过电流故障, 故障电流达2 600 A, 当时故障开关及其关联开关的整定值为: 4#电机短路定值1 200 A;7248号高压开关短路定值1 600 A;一中一变7442号开关短路定值2 200 A。开关间的联系如图1所示。正常情况下, 4#电机开关应该监测到故障并动作, 但由于一中一变到故障点的线路较短, 且故障点电流已达7442号开关的动作值, 而且7442号开关本身动作较快, 导致其直接跳闸, 造成越级跳闸事故。
由该案例可知, 定值逐级区分方式防越级跳闸不可靠, 即使将开关的短路定值设定延时, 也存在巨大隐患。例如, 4#电机开关有机械故障不能分闸, 发生故障后, 4#电机开关不可能切断故障, 而它的上级开关由于设定了延时, 即使切断故障也要在延时之后。遇到大电流故障时, 如果电源开关在延时之后才启动保护, 故障线路很可能会因故障电流太大而发热着火, 导致故障范围和影响扩大。
3.2 KJ516系统安装之初
2011年2月, 平煤股份一矿完成了一水平电力监控系统的改造升级, 使用了KJ516电力监控管理系统。3月16日, 即刚刚开始使用系统时, 井下戊七二17040两巷移变开关发生过流跳闸, 导致戊七二17040两巷移变开关、戊七二1#进线开关、地面降压站下井1#开关发生速断跳闸, 造成越级事故。此时该矿已建立了KJ516电力监控管理系统, 其监控范围正是一水平中央变电所、戊七一变电所、戊七二变电所。针对此次越级事件, 技术人员进行了深刻的事故分析。
本次事故开关关系如图2所示。由于此次越级跳闸只涉及每个变电所的Ⅰ段母线开关, Ⅱ段母线开关没有跳闸。为了便于分析事故原因, 图2仅体现了Ⅰ段母线事故线路部分开关。
事故线路:地面降压站下井1#进线开关 (7628) →一水平中央变电所戊七一变电所1#进线电源开关 (7442) →戊七二变电所1#进线开关 (7302) →两巷移变开关 (7301) 。其中, 移变开关 (7301) 通过电缆馈出到两巷移动变电站, 电缆线路截面35 mm2, 长277 m, 分为3段, 中间通过接线盒连接。
根据现场落实情况, 确定3月16日发生了3次跳闸事故, 其故障信息为:跳闸均发生在戊七二变电所, 第1次跳闸发生时间为5:08:00, 1#进线开关, 属漏电跳闸;第2次跳闸发生时间为5:26:08, 17040两巷移变开关、戊七二1#进线开关、地面降压站下井1#开关, 均属于速断跳闸;第3次跳闸发生时间为8:03:07, 17040两巷移变开关、戊七二1#进线开关、地面降压站下井1#开关, 均属于速断跳闸。
经过现场调查, 确定故障点为到两巷移动变电站出线电缆100 m处的电缆接线盒。
对3次跳闸的分析可知, 第1次跳闸是由戊七二变电所17040两巷移变开关到所带变压器之间的接线盒受潮引起的漏电跳闸, 但即使漏电跳闸, 也应该是17040两巷移变开关跳闸, 而不是1#进线跳闸。
在此介绍一下SGZB-07A型综保漏电保护方式:①无消弧线圈接地时, 纵向选择性靠各级保护装置按时间阶梯原则配合动作来解决漏电, 横向选择性采用功率方向原理来解决漏电;②有消弧线圈接地时, 选择采用五次谐波分量法和零序有功分量法来解决漏电。
了解综保判断方式后发现, 戊七二变1#进线和17040两巷移变开关的漏电定值投入存在问题, 戊七二17040两巷移变开关和1#进线开关零序Ⅰ段定值都为2 A, 延时时间同为1 s, 这种情况下, 上级开关 (1#进线) 先跳闸切断故障, 因此, 17040两巷移变开关发生漏电时未跳闸。第2、3次的故障跳闸维护人员先后处理了2次, 但并未完全消除隐患。在进行2次开关试送时, 故障由之前的漏电演变成了单相接地短路故障, 因此, 两次试送电均造成了戊七二变电所17040两巷移变开关、1#进线开关速断保护跳闸, 并将地面降压站下井1#开关顶跳。由此可以确定, 此次跳闸是由漏电跳闸重新送电时的漏电点发生短路造成的沿线开关速断跳闸。
进一步深入调查发现, 一水平中央变电所和戊七二变保护器定值整定均存在较为严重的问题。发生故障时, 开关定值明细统计见表1。
由表1可知, 越级跳闸延迟定值与越级跳闸判断控制字没投入, 上下级关联开关定值中零序过流Ⅰ段和零序过流Ⅱ段定值及延时时间配合不合适, 上级开关定值与下级开关没有级差值, 下级开关延时大于上级开关。另外, 在KJ516电力系统中没有配置一水平3个变电所内开关的级联关系, 最终导致了此次越级事件的发生。
这是该矿首次使用KJ516电力监控管理系统时, 因对系统及保护器功能不了解, 设置失误导致的一次跳闸事件。通过对跳闸原因的分析, 修改了开关定值的不足之处, 并在KJ516系统中配置了相关信息。此次跳闸事件也从另一方面证实了KJ516系统的可靠性, 虽然发生了跳闸事件, 但各级开关的跳闸均按设定可靠执行, 且系统完整准确地记录了故障开关的数据, 提供了详尽的运行曲线、录波曲线数据以及相关的开关详细信息, 为故障原因分析提供了有效直接的依据。
4基于智能网络保护技术的防越级跳闸试验
制订和实施新系统继电保护整定方案后, 系统运行一直正常稳定, 期间在戊七一、戊七二变的负荷开关发生过故障跳闸, 但未出现越级事件, 系统准确锁定了故障点并执行保护, 阻断了故障的蔓延。
2011年7月, 为了进一步验证系统的防越级跳闸能力, 该矿组织了一次井下防越级跳闸试验, 并在井下现场进行实际模拟。试验以KJ516电力监控管理系统为平台, 采用地面降压站6 kV“下井二”高压电源作为试验电源, 一水平中央变电所3台高爆开关 (7626进线、7441泵电源、7457水泵高开) 组成的供电线路作为试验线路, 泵房3#高压泵作为负载, 利用高压泵电动机启动阶段的大电流模拟短路故障电流。系统试验线路拓扑关系如图3所示。
为了反映出真实的故障现象, 试验前充分考虑井下供电系统复杂性, 确定进行3种故障多批次模拟试验, 即:负载端短路、中间线路短路、开关故障拒动, 以验证KJ516电力监控管理系统防越级跳闸能力。①负载端短路:开关和线路正常状态下, 负载端发生短路故障时, 故障点上级开关速断跳闸, 其他开关和地面电源开关不发生越级跳闸;②中间线路短路:开关和线路正常状态下, 供电线路中间发生短路故障时, 故障点上级开关速断跳闸, 其他开关和地面电源开关不发生越级跳闸;③开关故障拒动:发生短路故障时, 故障点上级开关发生故障拒动情况下, 其上一级开关速断保护跳闸, 能可靠实现后备保护功能, 其他开关和地面电源开关不发生越级跳闸。
试验证明, KJ516电力监控管理系统在线路电流大于线路开关短路电流速断整定值时, 负载端短路、中间线路短路、开关故障拒动状况下均能按照设置规则正确速断跳闸, 切断故障线路, 避免上级开关发生越级跳闸, 并根据离故障点的位置采取可靠的后备保护方式;试验时电力监控系统各项功能正常, 可同时实现对试验区域外设备的正常监控和防越级跳闸的逻辑判断功能, 切断故障, 避免上级开关越级跳闸。
5 结语
浅析煤矿供电设计 篇7
关键词：煤矿供电,设计,供电设计分析
由于科学技术的日新月异, 我们的生活有了翻天覆地的变化, 快捷、方便、舒适、自动化是现在的人们生活的新要求, 特别是在生产之中, 尤其是煤矿开发这种难度较大的工业。根据一些资料的分析, 当前的煤矿供电、作业所使用的电气设备的智能化能力更加强悍, 导致其对供电系统的要求也越来越高。对此, 笔者以此为切入点, 提出了一些自己的建议。
1 煤矿供电概述
1.1 煤矿供电具体内容
在煤矿下进行作业, 电力是必不可少的, 电力为煤矿开采施工以及安全起到重大的意义。但是在进行用电的同时, 还应该注意用电的安全性和可靠性, 从经济角度出发, 合理的开采施工。煤矿的供电系统主要是由三部分组成:电源、配电网络和用电设备, 其中最为重要的部分是选择合理的电源以及设计电路。在进行工程作业, 只有选择合理的电源, 才能有效解决煤矿安全问题, 为人生安全提供保障。在现代煤矿供电系统设计中, 遵循就近解决原则, 即采用两台变压器, 一台应用, 一台备用, 用来应急突发事件[1]。
一般煤矿供电系统运行方式是采用地面配电系统、井下供配电系统和井下接地系统相结合的方式。地面配电系统主要是由一个地面供电所组成。而该地面供电所是由11台GG1A (FⅡ) Z型高压开关柜、7台GD1型低压配电柜和2台S9-400/10-10/0.4kv型变压器分别配置成高压配电室、低压配电室和变压器室。井下供配电系统是依靠地面供电所对井底车场附近的中央变电所进行直接供电, 电压可达10Kv以上。井下接地系统是用两块镀锌钢板组成主接地极, 并将地下具有导电设备均配备地级, 用来和主电极相接, 以起到接地保护作用。
1.2 煤矿供电当前存在的问题
即使有些煤矿供电系统很完善, 但是仍存在很多安全隐患, 主要是由于外在因素的影响。
在井下供电系统中, 需要用光缆来进行电路连通。而这种电缆长时间在井下潮湿环境下运行, 会受到潮气的影响而发生各种漏电事故, 严重影响到供电系统的安全性, 对人生安全造成了威胁。同时供电系统的一些开关设备以及内部元件长期使用, 会逐渐的老化, 从而失去绝缘性能。当这些原件被触及到水便会发生安全事故。而且随着我国开采的进步, 我国涉及的矿井也越来越深, 因此便又发生了更多安全事故, 主要事故原因是瓦斯爆炸和矿井坍塌。这样的重大事故在我们身边频频发生。例如:2012年2月19日12时40分左右, 蒲县宏源集团北峪煤业有限公司的102回风顺槽顶板发生冒顶事故, 7人被困井下, 最后全部遇难。2012年4月16日山西襄垣县善福联营煤矿发生透水事故, 被困11名矿工全部遇难。2012年7月26日山西阳泉市盂县玉泉煤业有限公司发生一起瓦斯爆炸事故, 造成5人死亡, 32人受伤[2]。
2 煤矿供电设计改革
2.1 煤矿供电安全系统改革
2.1.1 融入防爆设备
在进行选取井下设备时, 应选择一些具有较强防护能力的设备, 能够有效做到防爆炸。同时还应该注重其自身极限温度, 要比运行环境下的温度高。在一些瓦斯密度较高或煤粉密度较高的地方, 更要注意选取设备的适用性, 应考虑是否可以中和环境的密度, 从而降低事故发生风险。例如隔爆型热管散热器不仅改变了传统的散热方法, 而且提高电气设备在爆炸性气体环境中的可靠性及自动化程度。它和防爆电气的箱体组成一个完整的防爆壳体, 既能很好地解决爆炸气体环境用电气设备内电器元件的散热问题, 又能解决电气设备防爆安全问题, 较适用于煤矿井下防爆电气设备[3,4,5,6]。
2.1.2 设计灵敏的环境安全监控系统
在煤矿供电系统设计一个环境安全监控系统可以, 可以很好的监控空气中可燃气体以及杂物, 并对监控到的物体做出详细的归纳和记载, 包括其浓度、温度等各种参数, 而且可以控制配置设备的开关状态。当井下某一区域发生瓦斯超额时, 该系统就会发生警报, 并且会自动关闭周围运作设备, 以达到防护作用。除此以外, 煤矿公司在进行选取设备时, 应该明确设备使用标准, 及时对设备进行检修和维护, 确保设备安全使用。
2.2 煤电供电系统设计技术改革
2.2.1 供电元件的改革
在进行供电系统改革时, 首先要从供电元件做起。尤其是电缆的使用, 要避免电缆与水和尖锐物体接触, 防止电缆遭受破坏。在电器设备电路中, 装配漏电保护装置, 并将一些易发生漏电的设备封闭起来, 减少漏电造成的威胁。对于一些开关组件应定期检查更换, 避免长期使用老化或短接。同时运用科学知识, 将电气电路进行进行合理的整改, 保持地线畅通无阻[7,8,9,10]。
2.2.2 供电电源的改革
在选取电气设备时, 尽量选取电压低且能正常运转的设备, 尤其是工作人员易接触到设备。比如在进行作业时常用到的照明设备要低于127V以下, 低于我们日常生活中的额定电压, 而且还要将矿井下的电气设备控制电路电压控制的更低。
3 结语
总而言之, 随着煤炭行业的发展壮大, 如何建立一个安全可靠的供电系统成为了煤矿事业持续发展的核心, 因此完善和改进供电系统设计成为了意见刻不容缓的大事。只有跟近科学的步伐, 设计一个安全合理的供电系统, 才能有效避免和减少煤矿重大安全事故的发生, 才能有效保障人生安全和财产安全。
参考文献
[1]刘志蜂.煤矿供电[J].电气电子技术周刊, 2010 (8) .[1]刘志蜂.煤矿供电[J].电气电子技术周刊, 2010 (8) .
[2]曾立东.浅谈煤矿供电的重要性[J].煤矿勘探导报, 2011 (2) .[2]曾立东.浅谈煤矿供电的重要性[J].煤矿勘探导报, 2011 (2) .
[3]陈春华.煤矿供电合理规划与设计[J].电力设计周刊, 2011 (5) .[3]陈春华.煤矿供电合理规划与设计[J].电力设计周刊, 2011 (5) .
[4]李青.煤矿供电设计探讨[J].电力导刊, 2009 (10) .[4]李青.煤矿供电设计探讨[J].电力导刊, 2009 (10) .
[5]苏毅勇.煤矿供电设计事故分析与预防[J].中国电力研究报, 2011 (1) .[5]苏毅勇.煤矿供电设计事故分析与预防[J].中国电力研究报, 2011 (1) .
[6]方东平.煤矿供电设计事故的致因分析和对策[J].山西大学学报, 2011 (8) .[6]方东平.煤矿供电设计事故的致因分析和对策[J].山西大学学报, 2011 (8) .
[7]余升广.加强煤矿供电设计[J].煤矿供电设计周刊, 2011 (6) .[7]余升广.加强煤矿供电设计[J].煤矿供电设计周刊, 2011 (6) .
[8]明克斯.煤矿供电设计创新研究[J].清华大学学报, 2010 (2) .[8]明克斯.煤矿供电设计创新研究[J].清华大学学报, 2010 (2) .
[9]张中庆.煤矿供电设计新究[J].西南石油学院学报, 2010 (1) .[9]张中庆.煤矿供电设计新究[J].西南石油学院学报, 2010 (1) .
煤矿供电线路保护技术探析 篇8
为了更好了解煤矿供电线路的实际情况, 本文从煤矿井下供电线路的特点出发, 通过具体的仿真线路分析, 探讨了煤矿供电线路的保护技术, 希望能够促使煤矿井下作业安全运营。
1 煤矿井下供电线路特点
目前, 10 k V和6 k V的供电系统是国内煤矿供电系统最常用的, 其中性点大部都选择非直接接地的方式, 为中性点经消弧圈接地系统或者是中性点不接地系统, 这两类系统都是因为单项接地故障的发生, 导致无法形成小阻抗的电流回路, 所以也可以称之为小电流接地系统[1]。
由于煤矿电力系统本身的特点, 所以与大电流接地系统以及一般的小电流接地系统之间存在差异:
第一, 在煤矿配电网电网故障发生的前后, 其基频的分量不会出现很大变化, 并且大多数都属于间歇性的瞬间故障, 暂态分量要大于稳态故障几倍, 甚至更多, 而暂态波形的畸变更为严重。第二, 煤矿矿井的配电网处于供电网的末端, 属于单侧的电源系统, 只能通过单端获取供测距使用的信息。第三, 由于电网本身的供电面积偏小, 且分支线路短又少, 所以, 对于故障测距精度的要求偏高, 否则就不具备任何的意义。
2 煤矿供电线路保护技术———仿真电路的建立
2.1 建立矿用供电线路仿真线路
按照电缆仿真模型, 对于矿用供电线路的配电网, 我们可以利用ATP-EMTP仿真软件进行简单的仿真与模拟。在模拟变电站10 k V母线时, 可以在ATPDraw中选择三相对称电源元件 (内阻为零) , 对于电力电缆, 则选择Bergeron模型。对于单相接地故障, 可以选择时控开关元件进行模拟, 之后再利用分叉元件, 将故障A相点引出之后, 再接上一个接地支路 (由一个时控开关元件和纯电阻或者是阻抗组成) 。在故障未出现时, 可以打开时控开关元件, 这就表示电力电缆处于正常的工作状态, 如果出现单相接地故障, 可以通过接地过渡电阻阻值以及开关状态的改变, 对不同阻值时候与时刻的故障特征加以模拟。通过电力电缆长度的调节, 也可以将故障发生不同位置的故障特征模拟出来, 具体如图1所示。
2.2 实验设计
1) 在离测试点不同的位置发生故障, 系统当中存在不一样的暂态行波。故障点距离10 k V母线越远, 其故障电流值就越小, 反之, 越近, 其故障电流越大。通过两个参数完全相同的电缆长度的设置, 可以通过故障点离测试点不同距离来加以模拟。
2) 由于故障发生在不同的时刻, 其系统的暂态行波也会有所差异。当故障的相电压达到最大时出现故障, 那么故障的相角为90°, 这时所产生的故障暂态行波最大, 且很容易捕捉到故障信息;如果在故障相电压过零点时出现故障, 在故障相角为0°时, 就会瞬间降低故障相的电压, 在非故障相电压升高后, 其故障电流较小, 这时很难捕捉故障信息。本文对于不同时刻的故障设置主要是在开关处于不同时刻的断开与闭合来进行的[2]。
3) 在配电网中, 实际发生的单相基地故障一般都会有过渡电阻的存在, 故障点的电压不为零, 在故障点有残留电压的存在, 并且, 随着过渡电阻的逐渐增大, 其残留电压也会随之增大。当电阻过大时, 残留的电压会逐渐地接近正常电压, 而随着过渡电阻增大, 其冲击电流会逐渐减小。过渡电阻越大, 其冲击电流反而越小。随着过渡电阻逐渐增大, 其冲击电流会逐渐减小, 这会使得原本故障信息变得更加微弱。所以, 对于不同故障电阻值的模拟, 需要在连接时, 设置时控开关的电阻阻值大小来进行。
4) 通过不同时控开关通断的设置, 可以做好三相低阻接地以及两相低阻接地的模拟, 这样才能实现不同阻抗值的设置, 从而模拟不同阻抗的三相或者是两相的接地故障状态。
3 结语
考虑到煤矿供电线路本身的特点与复杂性, 以及目前人们对于供电线路的故障诊断还没有引起足够的重视, 煤矿矿井的安全问题一直都是探讨的焦点, 直接影响到我国经济的发展。所以, 本文在分析矿用供电线路特点时, 借助ATP-EMTP仿真软件进行了简单的仿真与模拟, 希望能够对今后煤矿供电线路的保护技术有所帮助, 为煤矿供电线路的安全奠定基础条件。
摘要：由于煤矿井下工作环境和生产条件过于恶劣, 再加上井下作业情况相对复杂, 所以使用的电力电缆很容易出现故障, 引发生产安全事故。在煤矿日常的作业中, 及时地找出故障, 做好供电线路的保护, 是至关重要的一点。
关键词：煤矿,供电线路,保护
参考文献
[1]张腾.矿井电网安全监控网络化系统研究[D].青岛:青岛科技大学, 2012.
煤矿井下供电短路保护研究 篇9
目前, 煤矿井下供电系统的保护分为三种, 包括过流保护、接地保护和漏电保护。如果煤矿井下的供电系统出现短路现象时, 很大的短路电流就会在这个时候产生, 因此, 我们必须及时将这个故障清除, 否则, 线路及设备就会被严重的损坏, 除此之外, 由于短路的电流会产生不平衡交变磁场, 这个交变磁场会对线路附近的信号产生一定的干扰, 进而演变为瓦斯爆炸事故, 使得煤矿井下工人的安全受到严重威胁。因此, 必须有效的预防和及时的切除短路故障, 确保煤矿井下供电安全。
1 井下保护
在煤矿井下, 电气设备分为不具有防爆性能的矿用一般型电气设备和具有防爆和隔爆性能的矿用隔爆型电气设备。矿用一般型电气设备在没有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所很适用;而矿用隔爆型电气设备适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。除此之外, 按工作电压的高低来说, 电气设备还可以分为低压电气设备和高压电气设备。煤矿井下的电气设备属一类负荷和二类负荷的比较多, 在工作时产生的电流、电压都很大, 因此, 为了保障煤矿井下供电系统的安全, 对设备进行有效的安全保护可以保证电器设备稳定可靠工作。
1.1 接地保护
如果接地保护电气设备的绝缘发生了一定的损坏, 就会使得电气设备的金属外壳和架构带电。煤矿井下的工人一旦碰触到此电气设备, 触电事故就会发生。在我国, 30毫安被规定为触电的安全极限交流电流值。因此, 我们要采取有效的接地保护限制通过人身的电流, 保证这个电流在安全范围内。将保护接地装置的接地电阻降低到规定的范围内, 就可以保护接地, 可以使流过人体的电流不超过30毫安, 进而保证煤矿井下的电气设备的供电安全, 达到安全生产的目的。
1.2 过流保护
煤矿井下供电网的过电流是过流保护电火灾产生的主要原因, 而电路短路、电路过载会产生过电流, 因此, 防止产生过流就可以有效地防止电火灾发生。过流保护包括短路保护和过载保护。目前电磁式继电器和电子式继电器均可实现短路保护, 而过载保护可由电磁式继电器、电子式继电器和热继电器实现。
1.3 漏电保护
当煤矿井下供电网的绝缘电阻小于一定数值时, 会使供电设备产生进一步损坏, 进而出现短路故障, 如果煤矿井下的工人一旦碰触到供电设备, 就会产生人身触电, 漏电还会产生火花引爆瓦斯、煤尘的危险。因此, 必须装设漏电保护装置, 保证在井下供电系统中实现绝缘监视、漏电保护以及补偿流过人身的电容电流。
1.4 短路保护存在的主要问题
单侧电源电网的阶段式电流保护原则是:1) 从电源至负荷动作电流应从大至小逐级递减, 动作时间也是逐级递减;2) 第一段电流保护的动作电流必须大于下一级线路首端的最大短路电流。但是, 煤矿井下供电系统很多采用了铜芯电缆, 这样就会产生阻抗小的现象, 现有的油断路开关和电磁式继电保护也难以使动作时限小于0.5s, 因此, 上述的两条原则都很难达到要求。
2 关于井下供电系统短路保护的几点建议
2.1 加强技术培训
煤矿井下供电系统的短路保护是涉及煤矿安全的一项重要保护, 提高短路保护的性能需要全面的考虑, 必须从多方面着手, 是一个综合性的技术问题。煤矿井下供电系统发展迅速, 短路保护的难度也进一步加大, 由于在其中增加了越来越多的高科技、高技术成分, 因此, 技术人员不仅要求达到理论知识纯熟, 还要供电系统短路保护的技术操作, 在出现故障时力求短时间能够解决。为了保障煤矿井下供电系统的短路保护安全, 所以必须对技术人员进行系统和专业的业务培训, 否则很难胜任这项工作, 进而使得煤矿安全生产受到威胁。
2.2 关注跳闸电器的作用
跳闸电器的动作时间决定了井下低压电网短路保护的快速性, 为了使得快速性得到相应的提高, 我们需要在馈电开关与电磁起动器中采用真空断路器与真空接触器, 这是一项很有力的保护措施, 除此之外, 对于研究理想的无触点固态电器具有一定的指导和借鉴作用。目前, 具有技术可行性与实际操作性的只是在小功率低电压开关中。
2.3 加强电器设备维修保养
电器设备要做到及时的保养和维修, 只有这样, 才可以保证电器设备的正常使用。对于旧设备来讲, 工作的重点是要保证其正常运行, 要及时对其进行修理, 保证隐患及时消除;对于新设备来说, 重点是提高操作人员的水平, 认真做好维护保养工作, 从而保证电器设备正常使用, 在煤矿井下生产中做到高效、安全。
2.4 采用电子保护
随着采煤技术的不断发展, 井下供电系统短路保护的灵敏度的要求也变得越来越高, 采用电子保护措施对井下供电系统短路保护是很有效的。为了提高煤矿井下供电系统短路保护的可靠性, 可以采用空心的互感器作为供电系统的传感器, 使用复合式的电源来保障近端短路时电源正常工作是非常必要的。
3 结语
本文对煤矿井下供电系统短路保护方法进行了探讨, 短路保护存在的主要问题进行了分析。关于井下供电系统短路保护提出了几点建议, 主要是加强技术培训, 关注跳闸电器的作用, 加强电器设备维修保养, 采用电子保护。随着矿井供电技术的发展, 煤矿井下供电系统的短路保护措施也会越来越完善, 将为煤矿井下的安全生产和矿工的生命安全保驾护航。
参考文献
[1]高艳, 戴鹏, 许朝友等.煤矿井下供电系统短路保护方法浅析.煤矿机电, 2011.
[2]宁传文.煤矿井下供电短路保护新设想.煤炭技术, 2005.
[3]张根现.井下高压供电短路保护系统的优化.科技创新, 2004.
[4]张根现.矿山过流保护技术.煤炭工业出版社, 2005.
[5]张文娟, 郭兆杰.浅谈低压配电系统保护选择性.内蒙古科技与经济, 2008.
[6]刘迪博.煤矿供电保护及其改进.中小企业管理与科技, 2009.
兼并重组煤矿双回路供电改造 篇10
1 供电现状
①万欣矿总负荷为950 kW, 由1条10 kV的西工线供电, 该线路是渑池县1条农用线, 电源来自渑池县35 kV城关变电站, 线路长17 km, 供电线路采用LGJ-50导线, 线路上带有24个高压用户;②金晟矿总负荷为910 kW, 由1条10 kV的果园线供电, 果园线是渑池县1条农用线, 电源来自35 kV果园变电站, 线路长3 km, 采用LGJ-70导线, 中间带有16个用户变压器;③隆辉矿总负荷为900 kW, 由1条10 kV的西工线供电, 该线路是渑池县一条农用线, 电源来自35 kV城关变电站, 线路长度为16.4 km, 采用LGJ-50导线, 线路上带有23个高压用户;④祥润矿总负荷为1 300 kW, 由1条10 kV的西工线供电, 该线路是渑池县1条农用线, 电源来自35 kV城关变电站, 线路长16.7 km, 采用LGJ-50导线, 线路上带有22个高压用户。
2 存在问题
万欣等4个矿井均采用单回路供电, 且均为农用线路, 不属于专用供电线路, 回路上带的用户多、负荷大, 供电距离远, 经常造成停电和过负荷跳闸事故, 违反《煤矿安全规程》第441条规定:矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时, 另一回路应能担负矿井全部负荷。年产6万 t以下的矿井采用单回路供电时, 必须有备用电源;备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等要求。矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。因而, 为了改善4个矿井的供电现状, 提高矿井供电的安全性和可靠性, 必须进行双回路供电改造。
3 供电方案优选
3.1 方案1
从35 kV果园变电站10 kV母线段接4面高压开关柜, 分别馈出至这4个矿的地面变电所, 作为其一回路电源;再从35 kV笃忠变电站10 kV母线段接4面高压开关柜, 分别馈出至这4个矿的地面变电所, 作为其另一回路电源。
(1) 供电能力校验。功率因数均取0.9, 根据其负荷, 得各矿井视在功率:万欣矿为1 055.6 kVA;金晟矿为1 011.1 kVA;隆辉矿为1 000 kVA;祥润矿为1 444.4 kVA。35 kV果园变电站其他地点用电负荷为2 000 kW, 功率因数取0.9, 则视在功率为2 222 kVA, 果园变电站负载总容量为6 733 kVA, 变电站有2台SZ11-10000/35型有载调压主变压器, 则满足负载容量小于主变压器容量的70%。因而, 35 kV果园变电站主变具备向4个矿井供电的能力。
同理, 35 kV笃忠变电站有2台主变压器, 主变容量均为10 000 kVA, 除4个矿以外的其他地点用电负荷为2 200 kW, 以功率因数为0.95计算, 可以得出结论:35 kV笃忠变电站主变也具备向4个矿井供电的能力。供电改造方案如图1所示。
3.2 方案2
考虑资金和变电站出线间隔等因素, 设计在距金晟矿约1 km处建1个10 kV集中开关站 (高岭开关站) , 该站为4个矿提供10 kV双回路电源, 开关站引入电源分别来自35 kV果园变电站10 kV母线段和35 kV笃忠变电站10 kV母线段。供电改造和高岭开关站设备布置分别如图2、图3所示。
3.2.1 线路导线截面计算
10 kV果高线总负荷4 060 kW, 则线路电流Ica=P/ (1.732UNcos φ) = 260.5 A, 果高线年最大负荷利用时间为3 000 h以下, 查导线的经济电流密度表可知:Jec=1.65 A/mm2, 线路导线经济截面Sec=Ica /Jec=157.9 mm2。因此, 导线标准截面取150 mm2, 即LGJ-150型钢芯铝绞线。由于10 kV笃高线总负荷与10 kV果高线相同, 均为4 060 kW, 因而, 导线选取LGJ-150型钢芯铝绞线。
同理, 可计算4个矿供电线路导线规格。万欣矿、金晟矿、隆辉矿均选择LGJ-70型钢芯铝绞线;祥润矿选择LGJ-95型钢芯铝绞线。
3.2.2 10 kV全线电压损失校验
方案2中, 最大全线电压损失发生在果园—高岭—祥润线和笃忠—高岭—祥润线。
(1) 果园—高岭—祥润线电压损失计算。
根据线路负荷矩M=PL, 其中, P为线路负荷;L为线路距离。计算得:①果园—高岭段负荷矩为16.646 MW·km, 根据《煤矿电工手册》, 当cos φ=0.9时, Δu1%=0.394%, 则ΔU1%=Δu1%M1=6.56%;②高岭—祥润段负荷矩为2.925 MW·km, 根据《煤矿电工手册》, 当cos φ=0.9时, Δu2%=0.524%, 故ΔU2%=Δu2 %M2=1.53%。因而, 果园—高岭—祥润线全线电压损失为ΔU果%=ΔU1%+ΔU2%=8.09%。
(2) 笃忠—高岭—祥润线电压损失计算。
与果园—高岭段负荷矩计算同理, 笃忠—高岭段负荷矩为28.826 MW·km, 根据《煤矿电工手册》, 当cos φ=0.95时, Δu3%=0.335%, 故ΔU3%=Δu3%M3=9.66%;由 (1) 中计算的结果可知高岭—祥润段电压损失ΔU2%=1.53%。因此, 笃忠—高岭—祥润线全线电压损失为ΔU笃%=ΔU3%+ΔU2%, 即11.19%。
根据《送、配电线路设计规程》, 高压配电线路全线电压损失不得超过5%。而果园—高岭—祥润线和笃忠—高岭—祥润线的全线电压损失均不符合规定。因此, 应采取改变高岭开关站运行方式的方法来降低全线电压损失值, 以满足要求。
4 方案比较及确定
4.1 技术分析
(1) 可靠性。
方案2的高压供电线路安装有自动重合闸、自动解列装置、按功率或电压稳定极限的自动切负荷装置等, 开关站有专门的供电人员值班, 经常对站内设备进行检查、维护和管理, 大大提高了供电可靠性。而方案1的高压供电线路安装的自动保护装置较少, 供电可靠性一般。
(2) 可行性。
方案1需要35 kV果园变电站、35 kV笃忠变电站提供出线间隔给这4个矿井, 35 kV果园变电站和35 kV笃忠变电站没有足够的10 kV出线间隔, 因而, 此方案不可行。方案2在距金晟矿大约1 km处建1个10 kV集中开关站, 既不用上一级变电站提供出线间隔, 又便于维护和管理。
(3) 操作调度。
方案1从35 kV果高变电站和35 kV笃忠变电站分别馈出1趟10 kV专用线路为4个矿供电, 操作调度由果高变电站和笃忠变电站负责, 由于这2个变电站还为其他用电客户供电, 业务比较繁忙, 操作调度任务重、难度大。方案2建立一个10 kV集中开关站为4个矿供电, 开关站专门安排6人 (每班2人) 24 h值班, 主要对4个矿井的停送电以及上一级变电站的停送电进行操作调度, 此外, 还对开关站内设备的运行情况进行记录, 对设备进行日常的检修、维护等。
4.2 经济分析
(1) 总投资。
方案1供电改造线路总长34 km, 费用约693万元 (含占地赔偿费) , 果园变电站和笃忠变电站安装的4面高压出线开关柜费用各需约35万元, 则供电改造总费用约763万元;方案2供电改造线路总长度25 km, 果高线和笃高线供电线路建设费用约224万元 (含占地赔偿费) , 高岭开关站建设费用约46.2万元, 站内设备 (16面开关柜) 费用约130万元, 高岭开关站到4个矿井的供电线路建设费用约241万元, 则供电改造总费用约641.2万元。
(2) 年电能损失费。
方案1供电改造线路总长34 km, 穿过山林的线路比较长, 线路电阻较大;方案2供电改造线路总长25 km, 由于线路电能损耗与线路长度、线路电阻值成正比, 因而, 方案1的线路年电能损失费要多于方案2。
(3) 年运行费。
方案1中各矿每年用电费用:万欣矿约105万元;金晟矿约101万元;隆辉矿约95万元;祥润矿约135万元。每年使用果园变电站和笃忠变电站的出线间隔和开关柜维护管理费用约35万元和37万元, 所有供电线路避雷器检测和日常维护费约15万元, 则年运行费合计约523万元。方案2中各矿每年用电费用:万欣矿约65万元;金晟矿约62万元;隆辉矿约60万元;祥润矿约85万元。每年高岭开关站6名值班人员工资约15万元, 所有供电线路避雷器检测和日常维护费用约13万元, 年运行费合计约300万元。
综上分析可知, 方案2明显优于方案1。因此, 决定采用方案2。
5 方案实施及效果
改造方案确定后, 三门峡煤业公司按照方案2立即组织有关单位开始施工, 由渑池龙翔电力公司负责高岭开关站、10 kV果高线、10 kV笃高线和高岭开关站到万欣、金晟、隆辉和祥润4个矿地面变电所双回路供电线路等工程建设工作, 4个矿负责监督工程的进度和质量。自2011年6月初开始施工, 2011年8月29日完成全部建设工程, 三门峡煤业公司于2011年10月会同相关单位对所有工程进行多次验收, 对查出工程存在的问题进行整改直至验收通过。供电改造完成且验收合格后, 4个矿双回路供电系统运行正常, 保证了矿井供电安全。
6 结语