安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:為了提高煤礦供電系統(tǒng)的安全性和可靠性,適應(yīng)現(xiàn)代化礦井建設(shè),構(gòu)建了基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的煤礦電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng),重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)、功能,給出解決越級跳閘和自適應(yīng)漏電保護(hù)等相關(guān)技術(shù)。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了井下7個配電室的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、遙控、遙測、遙信、遙調(diào)等功能,提高了煤礦生產(chǎn)自動化水平,強(qiáng)化了礦井電網(wǎng)安全,防止井下大面積停電和越級跳閘等事故的發(fā)生,縮短故障處理時間,為最終實(shí)現(xiàn)井下變電所無人值守創(chuàng)造了條件。
關(guān)鍵詞: 工業(yè)以太網(wǎng);電網(wǎng)監(jiān)控;越級跳閘
0引言
新元公司現(xiàn)有3個地面變電站,分別為110 kV變電站、中央風(fēng)井35 kV變電站、韓莊風(fēng)井35 kV變電站。110 kV變電站位于工業(yè)廣場內(nèi)內(nèi),擔(dān)負(fù)新元公司工業(yè)廣場10 kV、中央風(fēng)井35 kV、韓莊風(fēng)井35kV變電站的供電任務(wù)。礦井人井10 kV電纜共計(jì)13趟(包括風(fēng)機(jī)系統(tǒng)),電源分別引自中央風(fēng)井場地35 kV、韓莊35 kV、工業(yè)場地110 kV變電所。井下10 kV配電室有9個,各變電所兩回路電源電纜任一回路停運(yùn)時,另一回路仍可滿足其所帶全部負(fù)荷的需要。為滿足集團(tuán)公司推進(jìn)現(xiàn)代化礦井發(fā)展的需要,有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行,新元公司于2014年開始進(jìn)行電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè),經(jīng)過近一年的運(yùn)行,基本實(shí)現(xiàn)了井下電網(wǎng)系統(tǒng)7個配電室的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、就地和遠(yuǎn)程操作,實(shí)現(xiàn)了“四遙"功能。
1新元煤礦電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
新元煤礦井下電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控中心、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換中心、地面保護(hù)主機(jī)、井下數(shù)據(jù)傳輸分站、高爆開關(guān)綜合保護(hù)器、相關(guān)組態(tài)軟件和其它輔助設(shè)備構(gòu)成,井下電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
1.2系統(tǒng)構(gòu)建
(1)新元公司電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)地面中央風(fēng)井35 kV變電站和110 kV變電站共計(jì)接人6臺人井線路保護(hù)裝置。井下電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)接入井下7個配電室,分別是:中央配電室、煤倉配電室、南區(qū)中央配電室、集中膠帶巷配電室、9“煤中央配電室、西一和西二配電室。
(2)將井下7個配電室約90臺高開綜合保護(hù)器更換升級為ZBT—llc型級聯(lián)縱差綜合保護(hù)器,該保護(hù)器是具有消除越級跳閘功能的新一代高開綜合保護(hù)器,它集保護(hù)、測控、通信、故障錄波、電能計(jì)量統(tǒng)計(jì)分析、諧波含量分析功能于一體。低壓饋電開關(guān)保護(hù)器更換為能夠和IQl37電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信的智能綜合保護(hù)器。目前使用的低壓饋電開關(guān)均能實(shí)現(xiàn)和電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信。
(3)分別在井下7個配電室安裝KJ360一F礦用隔爆型電力監(jiān)控分站,將配電室內(nèi)的高低壓開關(guān)與監(jiān)控分站聯(lián)接,就地實(shí)現(xiàn)高低壓設(shè)備集中控制,同時,安裝視頻攝像頭,實(shí)現(xiàn)遙視功能;另一方面通過礦用千兆環(huán)網(wǎng)將保護(hù)器數(shù)據(jù)上傳至地面調(diào)度中心,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“四遙"監(jiān)控功能。
(4)地面機(jī)電調(diào)度和井下中央配電室均設(shè)置一監(jiān)控中心(能夠?qū)崿F(xiàn)地面井下實(shí)時監(jiān)控),保證地面調(diào)度指揮與井下人員操作實(shí)時一致,監(jiān)控中心包括:地面調(diào)度中心監(jiān)控主機(jī)、井下監(jiān)控中心主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印設(shè)施等。
(5)在井下配電室安裝DXBl27/127礦用隔爆型電源,為保護(hù)器和電力通信分站或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)提供可靠的工作電源和操作電源,保證在電網(wǎng)波動和交流失電情況下維持設(shè)備正常工作。
(6)在地面調(diào)度中心、井下中央配電室、綜合樓機(jī)電隊(duì)辦公室安裝電力監(jiān)控客戶端,在地面信息中心機(jī)房設(shè)置電力監(jiān)控(用通信)服務(wù)器2臺,安裝用的KJ360電力組態(tài)軟件,采用雙機(jī)熱備的工作方式,實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度中心對地面、井下高壓供電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控
2主要功能
(1)實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度中心對井下電網(wǎng)的實(shí)時監(jiān)測功能,監(jiān)測高、低壓供電系統(tǒng)每個回路的電流、電壓、絕緣電阻、有功電量、無功電量、開關(guān)分合位置、保護(hù)信號、室內(nèi)視頻、室內(nèi)溫度等實(shí)時狀態(tài)。同時預(yù)留接口,能夠?qū)崿F(xiàn)與地面供電系統(tǒng)的銜接。
(2)對供電系統(tǒng)及網(wǎng)路傳輸系統(tǒng)中各種保護(hù)信息進(jìn)行實(shí)時告警,當(dāng)發(fā)生開關(guān)跳閘、保護(hù)動作、網(wǎng)絡(luò)傳輸中斷等事件時,將自動調(diào)出故障所在的畫面,具備故障閉鎖、事件記錄、查詢功能。
(3)根據(jù)權(quán)限設(shè)置,分級實(shí)現(xiàn)開關(guān)分合閘操作管理、定值管理、電量管理、報(bào)表管理、歷史數(shù)據(jù)管理、故障錄波分析與打印、規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。
(4)通過地面調(diào)度中心安裝的用通信服務(wù)器和液晶顯示器,井上、井下變電所可進(jìn)行通信,顯示井下變電所的視頻信息,并可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作。此外還有歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索功能、曲線存儲與檢索功能、報(bào)表設(shè)計(jì)與檢索打印功能、圖形畫面組態(tài)功能、web瀏覽功能、設(shè)備檔案管理和自診斷報(bào)警功能等
3 電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)
3.1 分布式智能速斷防越級保護(hù)系統(tǒng)
系統(tǒng)建設(shè)中,主要是升級改造保護(hù)器為防越級保護(hù)器,安裝防越級交換機(jī),搭建光纖縱差通道。防越級保護(hù)系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖如圖2所示
3.1.1基本原理
采用網(wǎng)絡(luò)化基因圖譜算法,利用開關(guān)間自主交換故障信息進(jìn)行協(xié)商的形式,自主判斷故障區(qū)段,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)零秒速斷,以達(dá)到防越級跳閘的目的。
3.1.2主要特點(diǎn)和效果
可實(shí)現(xiàn)級聯(lián)縱差保護(hù)、母差保護(hù)、三段式過流、零時延智能后備保護(hù)。該系統(tǒng)保護(hù)分散,可就地安裝,獨(dú)立跳閘,符合國家電網(wǎng)公司的要求。系統(tǒng)具有分布式無主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對通信依賴小,故障信息自主協(xié)商,風(fēng)險(xiǎn)分散,可靠性高。系統(tǒng)分層、分布式光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),保護(hù)功能就地完成,可靠性高。變電所間級聯(lián)縱差保護(hù)可避免站間越級,母線故障快速動作差動保護(hù)可防止電網(wǎng)擾動,“T"接線差動可滿足“一拖多"供電網(wǎng)絡(luò),零時延智能后備保護(hù)可消除傳統(tǒng)后備保護(hù)時間累積效應(yīng)的缺點(diǎn),光纖縱差通道實(shí)時監(jiān)控、動作行為實(shí)時監(jiān)控。
3.1.3實(shí)現(xiàn)方式
利用分散安裝的ZBT.1 1 C級聯(lián)縱差保護(hù)器,通過保護(hù)信息網(wǎng)快速交換信息,快速判斷故障區(qū)段,可準(zhǔn)確快速切除距故障最近的上級開關(guān),達(dá)到防越級跳閘的目的。
3.2激勵式自適應(yīng)漏電保護(hù)系統(tǒng)
傳統(tǒng)的漏電保護(hù)方法是以接地電流本身的故障特征作為故障判據(jù),由于井下電網(wǎng)運(yùn)行方式變化較大,歷次接地時,接地電流特征都不穩(wěn)定,造成了以接地電流特征為判據(jù)的漏電保護(hù)經(jīng)常起不到作用,故采用激勵式自適應(yīng)漏電保護(hù)系統(tǒng)。激勵式自適應(yīng)選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng)由SY3603智能選漏保護(hù)終端、SY3601信號注入裝置、高爆開關(guān)中的ZBT一11C級聯(lián)縱差綜合保護(hù)器構(gòu)成。ZBT.11 C、SY3603安裝在井下高壓開關(guān)中,SY3601安裝在地面10 kV變電所中,每段母線安裝一臺SY3601信號注入裝置。信號注人裝置在探測到有接地故障時,向接地相注入特殊信號(非工頻信號),經(jīng)分散安裝的高開綜合保護(hù)器檢測,信號量值達(dá)到設(shè)定值時,即判定為線路接地,漏電保護(hù)跳閘。SY3600煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)系統(tǒng)如圖3所示
3.3 瞬時失壓誤動缺陷的完善
煤礦井下電網(wǎng)在遭受雷擊、大負(fù)載類設(shè)備啟動、出口處短路等情況時,容易造成電網(wǎng)電壓瞬間波動或下降,繼而無壓釋放線圈誤動,引起井下大面積開關(guān)跳閘。為了解決這個問題,為每臺高壓防爆開關(guān)配置一臺KYD-01瞬時失壓智能控制模塊,保證交流失壓情況下,在0~5 S內(nèi)維持無壓釋放線圈正常工作,母線瞬時失壓時,高壓防爆開關(guān)不會誤動跳閘。KYD-01智能無壓釋放線圈控制模塊由開關(guān)電源模塊、單片機(jī)延時控制電路、控制及告警電路、智能電容充放電回路組成,其電源額定電壓為交流100 V,源電壓波動范圍為75%~110%,額定輸出電壓24 V,保持時間0—5 s可調(diào),級差0.5 S,無壓時,可輸出常閉接點(diǎn),供自動化系統(tǒng)報(bào)警使用。瞬時失壓智能控制模塊原理如圖4所示
4解決對策
(1)山源KJ360礦用電力監(jiān)控系統(tǒng)與磐能綜合保護(hù)器配合的問題。由南京磐能公司將分站通訊協(xié)議改為常用的MODBUS通訊協(xié)議,修改后系統(tǒng)運(yùn)行正常,解決了保護(hù)器“死機(jī)"或不通信問題。
(2)高壓防爆開關(guān)遠(yuǎn)程操作拒動問題。根據(jù)檢修計(jì)劃,在總調(diào)度控制室有計(jì)劃地對井下所有高壓防爆開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘操作,發(fā)現(xiàn)有6臺次4臺高壓防爆開關(guān)出現(xiàn)分合閘拒動情況。經(jīng)查,4臺次拒動是開關(guān)本身機(jī)構(gòu)問題,2臺次拒動是山源監(jiān)控分站與磐能綜合保護(hù)器之間銜接出現(xiàn)問題,通過分析和檢查,解決了問題。
(3)電力監(jiān)控系統(tǒng)不能啟動問題。煤礦信息中心機(jī)房2臺電力監(jiān)控服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)不能啟動問題,顯示數(shù)據(jù)庫連接異常,導(dǎo)致整個電力監(jiān)控系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。將服務(wù)器1 SQL server 2008數(shù)據(jù)庫配置更改為SQL server和windows混和身份驗(yàn)證模式,服務(wù)器2重新導(dǎo)人系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫文件,重新配置服務(wù)器雙機(jī)熱備。通過處理,系統(tǒng)可正常運(yùn)行,服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備模式。
(4)人員培訓(xùn)問題。針對運(yùn)行階段出現(xiàn)的系統(tǒng)管理與操作人員不能適應(yīng)新裝備、工藝的問題,新元公司機(jī)電系統(tǒng)已制定出培訓(xùn)計(jì)劃及修改相應(yīng)制度、規(guī)程,以保證電網(wǎng)集控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。
5 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型
5.1簡介
安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實(shí)際情況,結(jié)合多年的變電站和配電室的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn),自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖
通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制,實(shí)現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化,避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障,保證維護(hù)人員,延長設(shè)備使用壽命,減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高,同時實(shí)現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。
5.2系統(tǒng)功能
5.2.1 通信管理
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。
5.2.2實(shí)時監(jiān)測
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好,能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息,如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實(shí)時顯示有關(guān)故障、告警等信息。
5.2.3 數(shù)據(jù)查詢
在人機(jī)界面中,可以直接查看配電室個設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
5.2.4曲線查詢
在曲線查詢界面,可以直接查看遙測參量曲線,包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。
5.2.5運(yùn)行報(bào)表
查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表,包括日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表和查詢報(bào)表等。
5.2.6實(shí)時告警
科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時告警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示:
5.2.7 歷史事件查詢
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
5.2.8 用戶權(quán)限管理
為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如遙控的操作,數(shù)據(jù)庫修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。
5.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實(shí)時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
5.2.10遙控操作
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
5.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)推薦配置選型
6結(jié)語
(1)新元煤礦井下電網(wǎng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在保證整個電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性、安全性的前提下,實(shí)現(xiàn)了井下電網(wǎng)自動化遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控管理。
(2)系統(tǒng)采用分布式智能速斷保護(hù)原理,縱差保護(hù)作為主保護(hù),零時限智能后備作為遠(yuǎn)后備保護(hù),實(shí)現(xiàn)防越級跳閘的功能
(3)激勵式自適應(yīng)漏電保護(hù)系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)漏電保護(hù)方法中以接地電流本身的故障特征作為故障判據(jù)的局限性。
(4)井下7個高壓配電室及主要低壓供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)控的同時,通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)將保護(hù)器數(shù)據(jù)上傳至地面調(diào)度中心,實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、定值遙調(diào)、遙視功能,達(dá)到集中監(jiān)控,具備了無人值守條件。
(5)各配電室及變電站的電力監(jiān)控分站通過礦用千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)平臺將各配電室開關(guān)信息上傳到信息中心服務(wù)器,最終實(shí)現(xiàn)地面信息中心兩臺服務(wù)器、礦井總調(diào)客戶端、機(jī)電隊(duì)辦公室客戶端、井下中央配電室客戶端對井下各開關(guān)的遠(yuǎn)程集中控制,實(shí)現(xiàn)了“地面控制為主,井下監(jiān)控控制為輔"的控制模式。
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