煤矿行业

煤矿智能供电系统


KJ698煤矿智能供电自动化系统

伴随着煤矿采掘、提升与洗选装备机械化、自动化水平的快速提高,地面、井下用电设备的数量和功率也在大幅提升;复杂的供电网络使定值整定更加困难、瞬间冲击负荷所造成的电压波动与相间电压的不平衡、大容量变频设备产生的N次谐波能量对供电质量和供电线路快速老化的影响、煤矿井下特定的生产环境等因素,无时无刻不在冲击着“煤矿供电可靠性”这一脆弱的话题。如何妥善解决受“越级跳闸、选择性漏电误动、失压群跳”等诱因引发的煤矿井下或地面大面积停电事故已经成为当前煤矿企业、煤炭安监管理部门和设备制造企业亟待解决的课题。
煤矿10/6kV供电系统相比电力行业的城区配电网系统要落后2-3代,原因是煤炭行业在地面/井下供电系统中的二次测控保护自动化专业领域受技术标准门槛偏低、没有规范化的专业技术标准之影响,加之二次自动化产品受一次设备厂家或成套设备厂家主导,则形成了全矿区的二次自动化配套产品互为孤岛,难以形成无通讯障碍的一体化供电管理系统,更谈不上实时的煤矿供电监控系统,煤矿供电的“安全隐患”则无法彻底地解决。
未来煤矿智能供电自动化系统的建设方向是在现有供电自动化系统的基础上进一步提升煤矿供电的可靠性、安全性和经济性。煤矿智能供电自动化主站系统也是煤矿机电部门对地面、井下供电系统的运行、维护检修、故障处理的管理专家工作站,使供电系统可视化、自动化、智能化方面得到了提升。
可视化
煤矿智能供电自动化系统扩大对地面、井下系统和设备的监视范围,使系统和设备运行可视化,同时通过对井下设备的远程控制和远程维护更好的支持变电站的无人值班和无人值守。主要包括:①系统运行状态的可视化,在现有的监视电压、电流、功率和开关位置的基础上增加系统的谐波、电能质量、电度计量等可视化监控;②一次设备运行状态的可视化,主要包括防爆开关的温度、分闸动作时间等可视化监控;③二次设备和网络设备的状态可视化,主要包括保护装置的自检情况、网络通讯状态、交换机和交换机电源的状态等;④系统故障的可视化,即在系统发生短路故障尤其是跳闸后提供清晰完整的记录和数据,如故障类型、故障时间、故障值、故障录波波形等,从而便于检修人员尽快确定并排除故障;⑤强化设备的远程控制与维护,即在地面监控中心实现井下开关遥控操作、保护功能投退、定值的远方调阅和修改、参数的远程配置等。实现全面可视化是提高煤矿供电系统安全性的前提和基础。
自动化
智能供电系统把煤矿全供电网络作为一个整体,自动协调工作,准确应对系统发生的各种问题。①利用通讯技术采用“先定位后跳闸”策略实现短路故障的防越级和系统操作防越级;②利用注入式信号源技术实现单相接地/漏电的准确选线,减少不必要的拉闸停电。准确及时的自动化功能是提高系统供电可靠性的主要手段。
智能化、标准化
智能供电系统的设备采用标准以太网接口并遵循国际通用的IEC61850标准,在该标准的前提下实现智能拓扑分析和自动着色、操作的联闭锁、潮流分析与设备检测、定值的合理性校验、参数的自动化配置、智能综合告警等高级智能化功能。智能化、标准化可以提高系统运行的效率,进而改善系统的经济性。
KJ698煤矿智能供电自动化系统是我公司针对煤矿供电系统中普遍存在的突出问题而专门研制的新型智能供电系统。该系统以“提高煤矿供电可靠性”为目标,以IEC61850为理论基础,全面引入电力系统在智能变电站、智能配电网领域的相关规范、技术、产品和经验,针对10/6kV煤矿一体化供电系统(地面变电所、井下中央变电所、井下移动变电站、井下隔爆开关)的智能管理倡导了新一代智能化供、配电的国际和国内的技术标准和规范,同时利用井下防爆通讯分站接入低压供电设备的信息,实现了全矿井供电网络一体化判断与管理。它不仅强调把系统运行、设备运行、管理操作、故障对系统影响等状态量透明化地与运行管理人员进行实时交互,更注重全系统设备应对故障、操作等事件时 “快速识别、快速定位、快速隔离与智能转供” 的一体化响应,使所有设备同时对一个事件进行分析决策,使保护动作不再孤立依赖本间隔电流电压而是利用神经网络技术使其面向全系统的所有数据,从根本上提高供电可靠性。该系统采用标准的对外接口为矿井各系统的协同互动、综合处理提供了共享数据源,为未来建设智慧矿山提供了基础信息平台。
国内电力自动化领域经过近30年的发展至今,决定引入IEC61850国际标准,推动智能化电网的建设,目的是要提高输、配电网的运行可靠性,代表着电力系统自动化领域发展的必然趋势。IEC61850的核心思想是:利用自描述技术实现了设备之间的 “相互定义、相互通讯、相互操作”,并确保了不同厂家的设备和系统保持通讯规约的一致性,使输、配电网智能化;基于100M/1000M高速以太网的直接接入,真实地实现了煤矿地面、井下一体化供电监控系统的实时“监测与控制”,而非在CAN总线或RS485通讯支持下所实现的实时“监测”。无带宽瓶颈、无规约瓶颈是煤矿供电系统智能化的前提和基础。
KJ698系统结构
其系统的拓扑结构如下图所示
KJ698煤矿智能供电自动化系统主要包括
KJ698煤矿智能供电监控中心
DSI 5100地面变/配电所综合自动化解决方案
DSI 5300地面变/配电所智能变电站解决方案
DSI 5711矿用智能开关保护测控装置
DSI 5711/T移动变电站智能开关保护测控装置
KJ698-F 矿用隔爆兼本质安全型通讯分站(网络交换机)
KJ698系统功能
全方位的电力监控与智能分析
KJ698在完成常规电力监控“四遥”功能的基础上实现了系统全方位一体化监控、分析、管理与自动维护等高级功能,使系统运行更加透明,更易于运行人员操作。如:各节点的谐波分析、分时段的能效管理,故障录波、基于系统的综合故障分析,供电网变化时自动拓扑和自动配置管理,拓扑着色、报警、在线故障仿真等功能。
彻底解决越级跳闸问题
无需任何附加设备、附加工程,几乎不增加任何动作延时即可彻底解决越级跳闸问题,不仅解决联络线故障越级跳闸问题也解决母线故障的越级跳闸问题;不仅解决故障越级跳闸问题也解决空投变压器、电动机启动引起的越级跳闸问题。
利用IEC61850的GOOSE技术使系统在故障或操作瞬间所有相关设备进行高速信息交互并结合网络拓扑情况进行快速动作决策,首先进行故障定位,然后命令最靠近故障点的开关切除故障,进而避免错误的动作行为发生,保护动作更多的依赖于全网络的综合信息而不再仅仅受本装置电流定值的限制,降低了定值整定造成的风险。如下所示,考虑极限情况线路末端短路仅靠电流定值无法满足选择性,所有流过故障电流的保护装置均能启动速断保护,本保护装置速断启动同时向上级发出闭锁信号,同时检测下级是否有闭锁信息发出,在5~10ms内如果检测到下级闭锁信息则闭锁速断出口200ms,否则立即出口跳闸。
当前各种防越级跳闸解决方案特性比较:
 
准确的单相接地选线/选择性漏电
采用创新型的信号源技术大幅度提高单相接地/漏电时选线的准确度,尤其适用于中性点经消弧线圈接地方式。由于单相接地故障(漏电)时故障电流很小且10/6kV线路网络复杂,使常规的接地选线和选择性漏电功能失灵。KJ698采用在消弧线圈两端并接辅助信号源技术在保证安全的前提下放大单相接地的故障特征,同时井上、井下保护设备结合系统拓扑进行综合判断可以把接地点准确定位到区段,并通过选择告警或跳闸,减少停电时间,提高供电可靠性。
可选择的设备状态监测功能
可以通过光纤或无线测温设备实现断路器触头、隔离刀闸接触点、电缆接头、高防开关壳体及其它易发热点实时测温,避免由于接触电阻过大引起发热的事故发生;通过监测断路器的累积分断容量、控制回路、分合闸时间等实现断路器电气性能、机械性能及控制性能的完好情况监视,同时结合监控中心的设备台账管理、可编程的检修策略、检修管理等实现一次设备的异常预警与状态检修。此外,二次设备完善的自检、交叉互检、网络探测等实现了自动化系统的实时在线监测。
高可靠、高稳定的设备
保护设备的可靠性更高,灵敏度更好,通过了国家权威机构的型式试验,所有指标均达到了电力系统要求的技术和工艺标准。如电磁兼容检测项达到4级的最高标准,由此提高了井下保护产品的抗电磁场抗干扰能力。另外,设备配置大容量储能元件使供电电源降低甚至消失后仍能持续运行40s,确保系统停电前的保护命令正确发出、动作信号及时上传到监控中心。
实施成本低,维护方便
系统的实施只需更换现有的综合保护装置、在矿山自动化光纤网络上搭建监控中心即可,无需额外架设专用光缆和增加保护设备,同时可以简化地面、井下电度表、录波器、谐波分析仪等配置;KJ698系统拓扑与常规电力监控相似,与运行人员和操作人员的操作习惯一致。
实际应用案例
实际应用案例1
山西焦煤集团某矿2011年10月投入一套KJ698 三级防越级跳闸系统。2012年3月中央变电所母线由于A相母线连接处放电造成母线三相短路故障,系统将中央变电所进线断路器可靠无延时地切除故障,运行人员延时一段时间后试送,此时系统又将中央变电所进线跳开。事后机电部门组织人员查找故障点,在打开防爆开关后排查到了故障点,证实是由于A相连接处的螺丝松动造成的中央变电所母线三相短路。KJ698系统为客户避免了一次较大的地面、井下停电事故的发生,事后用户专门致电感谢。
实际应用案例2   
中煤某矿于2012年6月投入一套KJ698全矿智能供电管理系统。2012年11月采区变由于互感器A相发生放电造成另外两相电压升高,几十个周波后则演变为三相短路故障,矿内五级开关发生群动,同时矿上35kV变电站对接供电局的35kV出线也跳闸,防越级跳闸失效。事后进行事故分析时发现,采区变进线断路器固有分闸时间过长(220ms),采区变进线上级断路器在收到闭锁信号后速断延时了120ms,由于采区进线断路器分闸时间过长超过了上级闭锁时间、且短路电流均达到上级开关的速断定值,所以矿内上级开发生群动;供电局35kV变电站出线由于整定值过小(速断保护范围已伸入矿山井下10kV),其在故障发生时刻速断就已出口跳闸,问题出现在定值的整定不合理。矿方通过KJ698系统调取录波数据经过分析并与供电局积极地沟通,供电局通过定值计算后,修改了出线的速断定值,同时矿方也更换了采区变电站进线断路器,再次进行防越级跳闸试验,速断的整组动作时间始终保证在110ms以内(保护速断动作固有时间30ms+断路器固有分闸时间70ms左右),证明KJ698系统功能可靠、有效。
目前KJ698系统已经在神华神东的柴家沟矿、龙煤集团的南山矿、西山煤电集团的东曲矿、中煤能源的东坡矿、阳煤集团的石港矿等顺利投运多套系统,设备运行可靠,切实解决了煤矿供电的实际问题,提高了煤矿供电的“可靠性”和运行管理水平,为煤炭用户创造了极大的经济价值和社会价值。
诚如中煤集团某用户所言“仅仅是更换了智能矿用保护器,整个效果就脱胎换骨了,它不仅对供电的安全隐患故障可以做到预警、排查,而且还可实现实时地控制,做到缩小故障的停电范围。有了KJ698系统,煤矿的供电安全以后就不用太担忧了!”。
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