（山西西山煤電股份有限公司西銘礦 山西 030052）

引言

隨著煤炭企業(yè)市場競爭愈發(fā)激烈，降低原煤成本、實現(xiàn)降本增效已成為決定煤炭企業(yè)是否能夠長遠發(fā)展的關(guān)鍵，目前自動化技術(shù)在井下的應用已經(jīng)成為煤礦實現(xiàn)科技減人，降低原煤成本，達到降本提效目標的重要手段。井下變電所是煤礦井下供電系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，具有大功率載荷多、分布廣泛等特點，設備運行環(huán)境也比較惡劣，存在多種影響變電所穩(wěn)定運行的因素。目前，煤礦正在進行現(xiàn)代化變革，井下智能化、信息化發(fā)展對井下設備有了更高的要求，井下有越來越多更大功率的設備投入以及先進控制技術(shù)的應用，井下變電所逐步向無人化值守發(fā)展，由此對礦井井下的供電系統(tǒng)有了更高的要求。井下傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)存在經(jīng)常大面積停電的問題，嚴重影響了煤礦正常生產(chǎn)，通過改造井下變電所設備及入井電纜，建成井下變電所無人值守智能供電系統(tǒng)，形成數(shù)字化、信息化、智能化的遠程控制系統(tǒng)，通過早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早處理供電系統(tǒng)故障，從而進一步提升礦井安全生產(chǎn)保障能力，同時使礦井科技減人工作落到實處，實現(xiàn)礦井“機械化換人，自動化減人”目標，提高企業(yè)經(jīng)營效益。

1.供電系統(tǒng)概況

某礦地面建有4座35kV變電站，其中安家溝變電站、風峪溝變電站、北石崖變電站擔負著井下用電。井下建有中四區(qū)變電所、中六區(qū)變電所、南五區(qū)變電所、南六區(qū)變電所、中部擴區(qū)變電所、1021變電所、北大巷中央變電所，供井下全部用電負荷。

2.供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

由于井下供電系統(tǒng)存在線路多、線路短、拓撲結(jié)構(gòu)復雜、多級變電所級聯(lián)等情況，且同一電壓等級從地面到井下有較多級，兩級之間線路短使傳統(tǒng)的三段式電流保護無法起到保護作用，井下經(jīng)常發(fā)生電網(wǎng)短路越級跳閘問題，此外漏電保護無選擇性，容易造成井下大面積停電。隔爆高壓開關(guān)不具備失壓延時功能，在供電系統(tǒng)出現(xiàn)短暫性失壓的情況下會造成隔爆高壓開關(guān)因失壓群跳導致大面積停電。供電系統(tǒng)存在：短路越級、漏電誤動拒動、失壓群跳等問題導致大面積停電，影響煤礦正常生產(chǎn)時間，給安全生產(chǎn)帶來一定的影響。

3.原因分析

（1）井下供電系統(tǒng)未實行自動化控制改造，對整個井下供電系統(tǒng)的管理、監(jiān)控、操作不協(xié)調(diào)，容易因小故障導致停電事故，并且井下存在線路短、分級多的特點，電力作業(yè)對保護的延時要求較高，導致保護整定不能準確的切除故障，線路越級跳閘的情況經(jīng)常發(fā)生。排查故障時間長，人為影響因素較大，工作效率低，降低了井下供電系統(tǒng)的可靠性；

（2）無法實現(xiàn)精確的接地選線。雖然礦井根據(jù)實際情況在變電所內(nèi)配置有接地選線的設備，但是存在選線并不準確的情況，無法定位到準確的接地區(qū)段，嚴重影響了整條線路的供電；其次，現(xiàn)代化礦井對機械化、智能化的程度要求極高，井下用電負荷也越來越大，使得單相接地時接地電流較大，為了控制接地電流過大，通常在地面變電站增加消弧線圈補償設備以控制電流，電流變小后導致無法使用傳統(tǒng)的選線設備；

（3）煤礦井下供電系統(tǒng)各項標準由煤礦生產(chǎn)部門統(tǒng)一制定標準，無法應用地面變電所的研究成果，導致井下供電系統(tǒng)落后于地面，加之井下環(huán)境復雜，設備運行故障率較高，安全供電性差。此外礦井供電標準較為滯后，導致各個設備廠家通訊保護無法兼容，由此造成煤礦井下保護設備壽命短，通用性差；

（4）在數(shù)字化礦山建設的過程中，在每個變電站設置了通訊分站，由通訊分站將站內(nèi)信息采集并上傳至地面調(diào)度中心，從而實現(xiàn)地面“三遙”功能。該解決方案雖然在一定程度上減少了井下停電故障率，但由于各變電所分站綜保設備采用了各式各樣的通訊接口，性能差別較大，導致各系統(tǒng)之間通訊效率比較低、效果依然不是很理想；

（5）供電系統(tǒng)的自動化多應用于生產(chǎn)調(diào)度平臺，由于專業(yè)化要求高，使得一般的生產(chǎn)調(diào)度平臺僅僅使用遙測、遙信等監(jiān)測功能，而地面遙控功能及定值管理、故障分析、設備維護、電量分析等無法發(fā)揮實際功能，甚至在建設規(guī)劃階段就被忽略；

（6）對于影響煤礦運行的越級跳閘問題，部分煤礦采用優(yōu)化一次系統(tǒng)架構(gòu)的方式來削弱越級跳閘對礦井供電的影響，但此方案的投入很大，也不具備該方案實施的基本條件；在二次控制系統(tǒng)領(lǐng)域中有節(jié)點閉鎖、通訊閉鎖、電流速斷延時等多種方案，但都無法發(fā)揮真正的作用；

（7）井下傳統(tǒng)的6/10kV供電系統(tǒng)任然存在選擇性漏電的問題，該問題沒有得到解決。

4.改造方案

采用KJ698煤礦無人值守智能供電監(jiān)控系統(tǒng)，敷設光纜組建獨立環(huán)網(wǎng)作為系統(tǒng)通訊的主要通道。在地面建設電力系統(tǒng)監(jiān)控中心，對井下所有變電所實行全天無間斷監(jiān)控。將變電所低壓設備接入通訊線路，對高壓配電裝置進行升級改造，安裝斷路器隔離本體小車自動推進退出裝置，在高壓配電裝置內(nèi)部配置攝像模塊，將視頻信號穿腔引出，并加設視頻傳輸系統(tǒng)，將變電所所有配電裝置的內(nèi)部視頻信號傳輸?shù)降孛骐娏ΡO(jiān)控中心，做到操作可視化。同時，電動隔離系統(tǒng)的控制部分與每臺配電裝置的保護進行集成，保護與監(jiān)控分站進行通訊，監(jiān)控分站通過光纜將訊息傳送至地面電力監(jiān)控中心，地面電力監(jiān)控中心能實時反映配電裝置斷路器及隔離的分合狀態(tài)，通過遠程操控與控制，真正實現(xiàn)井下變電所無人值守。

5.實現(xiàn)目標

(1)無人值守

改造后通過遠程監(jiān)控技術(shù)的應用實現(xiàn)遠程診斷井下變電所高低壓設備故障，可以及時發(fā)現(xiàn)故障苗頭，及早處理隱患問題，最終形成井下供電系統(tǒng)地面可視、可查、可操作的智能化監(jiān)控操作系統(tǒng)，實現(xiàn)井下變電所無人值守和地面遠程監(jiān)控，確保井下供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

(2)智能化

無人化智能供電系統(tǒng)通過礦千兆環(huán)網(wǎng)將礦所有變電所供電網(wǎng)絡形成一個整體，通過智能拓撲分析和自動著色、操作的互聯(lián)閉鎖、設備自檢測、定值的合理性校驗、參數(shù)的自動化配置、智能綜合預警等高級智能化功能，監(jiān)測供電系統(tǒng)狀態(tài)，自動協(xié)調(diào)工作，及時處理系統(tǒng)產(chǎn)生的各種問題。

(3)可視化

無人化智能供電系統(tǒng)提高了對礦井所有供電設備和系統(tǒng)的監(jiān)測，形成監(jiān)測網(wǎng)絡，擴大了監(jiān)視范圍，實現(xiàn)設備和系統(tǒng)運行實時監(jiān)控監(jiān)測和可視化，同時通過網(wǎng)絡系統(tǒng)和地面服務器實現(xiàn)遠程診斷和操作，是實現(xiàn)井下變電所無人值守的前提和技術(shù)保證?？梢暬饕憩F(xiàn)在：①系統(tǒng)運行情況的可視化。在已有的監(jiān)測電壓、電流、功率以及開關(guān)位置上增加電動小車遙控、電力系統(tǒng)的諧波、電能質(zhì)量、電度計量、負荷沖擊記錄、變電所溫度、變電所感煙狀態(tài)傳感器等，實時監(jiān)測系統(tǒng)異常情況，當系統(tǒng)運行出現(xiàn)異常時可及時掌握系統(tǒng)情況；②一次設備運行狀態(tài)的可視化。主要包括分合閘動作時間、累積分斷容量等，建立運行異常預警機制；③二次設備與網(wǎng)絡設備狀態(tài)的可視化。包括系統(tǒng)保護裝置的自檢狀況、網(wǎng)絡的負荷率和通訊狀態(tài)以及交換機的運行情況等；④系統(tǒng)故障可視化。系統(tǒng)發(fā)生故障時，可將發(fā)生故障的時間、類型、故障值、錄波波形等實時記錄，檢修人員可以調(diào)取完整的數(shù)據(jù)和記錄，便于檢修人員有針對性的及時解除故障；⑤強化設備的遠程操作。在地面的電力系統(tǒng)監(jiān)控室即能實現(xiàn)遠程遙控井下開關(guān)、保護功能投退、調(diào)閱和修改定值、調(diào)整參數(shù)配置等功能。

(4)防越級跳閘

系統(tǒng)采用“先定位后跳閘”策略實現(xiàn)短路故障的防越級和系統(tǒng)操作防越級，避免無故跳閘、越級跳閘的嚴重事故發(fā)生。通訊異常時，系統(tǒng)具有自動拓撲識別功能，能通過系統(tǒng)自身判斷供電運行方式，自動識別各間隔的保護關(guān)聯(lián)關(guān)系，自動構(gòu)建有效網(wǎng)絡內(nèi)的防越級系統(tǒng)，確保防越級功能的有效性。

(5)精確定位

采用智能監(jiān)控系統(tǒng)可對供電故障點進行精準定位，徹底解決接地、漏電選線不準，造成停送電時間過長，影響安全生產(chǎn)的問題。

(6)失壓延時保護

智能供電系統(tǒng)通過開關(guān)失壓延時保護，可以避免因電網(wǎng)波動導致礦井變電站失電的現(xiàn)狀，降低了井下大面積停電事故的概率，KJ698無人化智能系統(tǒng)使用后，礦井的大面積停電事故減少約85%。

6.總結(jié)

目前，井下變電所無人值守改造已進入試運行階段。該系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)了地面對井下變電所“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”的功能。通過通訊信號傳輸，地面電力系統(tǒng)監(jiān)控室值班人員即可實時監(jiān)測并全面掌握井下供電系統(tǒng)狀態(tài)和運行情況，發(fā)生故障后也可迅速找出原因并排除故障，實現(xiàn)井下供電系統(tǒng)故障地面可視化和遠程操作解決故障問題。該系統(tǒng)目前運行效果良好，提高了發(fā)現(xiàn)和排除故障的效率，減少了大面積停電對生產(chǎn)產(chǎn)生的影響，大大提升了井下供電系統(tǒng)的安全保障能力。無人化智能供電系統(tǒng)實現(xiàn)了井下變電所無人值守，減少了井下作業(yè)人員，達到了減人增效的目標，符合現(xiàn)代化煤礦發(fā)展趨勢，具有較高的應用價值和經(jīng)濟社會效益。