崔峰

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 唐安煤礦分公司，山西 晉城 048000）

1 概 況

唐安煤礦在生產(chǎn)時主要由地面的35 kV 變電站進行供電。近些年來，隨著礦井下組煤配采、綠色充填開采、洗煤廠擴建、智能化改造的推進和設(shè)備的升級改造，唐安煤礦井下用電量急劇增加，原有變電站的容量已經(jīng)不能滿足安全生產(chǎn)的需要。因此，決定對變電站進行升級增容改造。改造后，變電站內(nèi)將配置相應(yīng)的繼電保護、遠方監(jiān)控、通信、站用變壓器等裝置及設(shè)施，可以實現(xiàn)無人值守、有人值守兩種方式運行。

2 變電站改造分析

此次唐安煤礦變電站的改造主要包括2 個方面的內(nèi)容，一方面是更換變電站內(nèi)的變配電設(shè)備，以增加變電站的容量；另一方面是增加微機保護系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站運行的無人值守，提高供電系統(tǒng)運行的安全性。

變電站內(nèi)具體改造主要包括以下部分：①電力變壓器及相應(yīng)各級電壓配電裝置、無功補償裝置、交流站用電系統(tǒng)設(shè)備、過電壓保護與接地裝置的布置安裝和接線，相應(yīng)的繼電保護及自動裝置、就地測量及控制操作設(shè)備、遠方監(jiān)控終端設(shè)備的布置安裝和接線，電纜設(shè)施等；②無人值守站傳輸語音及數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)；③與電氣設(shè)備相關(guān)的基礎(chǔ)及架構(gòu)、建筑物、構(gòu)筑物及給排水設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施，消防設(shè)施、安全防范及環(huán)境保護措施；④站內(nèi)配套的通信設(shè)計。

3 增容后高壓用電設(shè)備的選型與布置分析

在進行改造時，需要增加供電系統(tǒng)的容量，這就需要更換相應(yīng)的高壓用電設(shè)備，并對這些設(shè)備進行重新布置。

3.1 增容后高壓用電設(shè)備選型

增容后高壓設(shè)備選型接線如圖1 所示。

圖1 高壓設(shè)備選型接線示意Fig.1 High voltage equipment selection wiring diagram

唐安煤礦35 kV 變電站增容改造后電源取自許河110 kV 變電站和關(guān)嶺110 kV 變電站。短路電流按35 kV 線路進線由關(guān)嶺110 kV 變電站引出至本站考慮，按照2 臺主變并列運行時計算，35 kV 母線的短路電流約為4.562 kA，6 kV 母線的短路電流為16.84 kA。因此，高壓用電設(shè)備選型時，需要考慮到母線的短路電流。

根據(jù)增容后35 kV 母線的短路電流，主變壓器選用35 kV 三相雙繞組油浸式自冷有載調(diào)壓電力變壓器，型號為SZ11-20000/35，接線組別為YN，d11，電壓比為35±3X2.5%/6.3，阻抗電壓Ud＝8%；配電裝置設(shè)備選用戶內(nèi)鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜，柜內(nèi)配置真空聯(lián)體斷路器，配彈簧操作機構(gòu)，額定電流為1 250 A，開斷電流為31.5 kA（大于母線的短路電流4.562 kA）。

根據(jù)增容后6 kV 母線的短路電流，地面配變壓器選用三相雙繞組無勵磁干式變壓器，額定容量為400 kVA，電壓比為6±2X2.5/0.4kV，接線組別采用D，yn11，阻抗電壓Ud＝4%；安全指揮中心配變選用三相雙繞組無勵磁油浸式變壓器，額定容量為100 kVA，電壓比為6±2X2.5/0.4kV，接線組別采用D，yn11，阻抗電壓Ud＝4%；配電裝置設(shè)備選用戶內(nèi)鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜，柜內(nèi)配置真空聯(lián)體斷3 路器，配彈簧操作機構(gòu)，出線及發(fā)電機進線的額定電流均為1 250 A，開斷電流為31.5 kA，主變進線及分段的額定電流為3 150 A，開斷電流為40 kA（大于母線的短路電流為16.84 kA）。

根據(jù)無功管理及供用電規(guī)則，無功補償裝置的容量按就地補償、便于調(diào)整電壓及不發(fā)生諧振的原則進行配置，設(shè)計考慮了該站主變壓器及部分負荷所需的無功補償，決定在6kVI、II 段母線上分別裝設(shè)一組容量為6 000 kvar 的SVG 動態(tài)無功補償裝置進行補償，接線方式為星形。在負荷側(cè)裝設(shè)無功補償裝置時，整體用電功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9。

3.2 變電站設(shè)備重新布置分析

由于新增加了許多設(shè)備，變電站設(shè)備需要進行重新布置。根據(jù)唐安煤礦變電站實地考察，按無人值班、小型化半戶內(nèi)變電站設(shè)計，布置為35 kV 北進、6 kV 北出，大門朝東開。35 kV 配電裝置及二次設(shè)備室布置于配電樓二層，35 kV 開關(guān)柜單列布置，35 kV 進線采用電纜進線的方式；6 kV 配電裝置、SVG 及接地變、消弧線圈室、低壓配電室及配變室布置在配電樓一層，6 kV 配電裝置采用戶內(nèi)成套開關(guān)柜，雙列布置，6 kV 出線均為電纜出線，在6 kV 配電室建電纜夾層，將6 kV 電纜引至變電站北側(cè)。變壓器布置在室外，位于配電樓的北側(cè)，站內(nèi)道路可直接通至2 臺主變及6 kV 配電室，設(shè)備運輸和運行檢修維護方便；生產(chǎn)建筑考慮了電氣二次設(shè)備間、辦公室及值班室，布置在變電站的西面。這樣布置結(jié)構(gòu)緊湊、布局清晰，分割合理，具體如圖2 所示。

圖2 改造后變電站平面布置Fig.2 Substation layout after transformation

3.3 變電站過電壓保護和接地分析

為了避免變電站出現(xiàn)雷擊損害，采用3 支30 m 高的避雷針進行防雷。為了避免雷波電壓侵入電網(wǎng)，在35 kV 母線和6 kV 母線上分別安裝復(fù)合絕緣性氧化鋅避雷器。

為了保證供電站的安全性，避雷針應(yīng)該采用集中接地的方式。由于土壤會腐蝕接地體，接地時應(yīng)該采用深埋地極，主地極采用60 mm×8 mm 的鍍鋅扁鋼，接地電阻不大于0.4 Ω，所有電極不得接反，并采用焊接的方式相連。所有檢修爬梯、照明電纜管均應(yīng)可靠接地。

變電所進站大門處，設(shè)置與主接地網(wǎng)相連接的均壓帶。根據(jù)微機保護及監(jiān)控系統(tǒng)接地要求，變電站內(nèi)采取防靜電接地及保護接地措施。全站設(shè)25X4 銅排作為二次設(shè)備的等電位聯(lián)接，二次設(shè)備間內(nèi)的屏體上接地端子、開關(guān)柜內(nèi)控保裝置均通過銅纜與銅排相連，二次等電位銅排與變電站主地網(wǎng)可靠聯(lián)接。

4 綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

此次唐安煤礦擴容后的變電站按照無人值守、有人值守方式進行設(shè)計。二次部分選用變電站微機綜合自動化系統(tǒng)，設(shè)置后臺系統(tǒng)，如圖3 所示。

圖3 變電站微機綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 The structure of substation microcomputer integrated automation system

4.1 綜合自動化的方案

主變控保系統(tǒng)采用集中組屏，35 kV 及6 kV出線的控保裝置就地安裝于開關(guān)柜上。主變的主保護與后備保護裝置分開設(shè)置，保護和監(jiān)控用不同的CPU，主變高、低壓側(cè)均設(shè)置后備保護裝置；6 kV的保護和監(jiān)控可以用同一個CPU。各裝置之間的通訊聯(lián)接線由綜自廠家供應(yīng)并負責(zé)連接。

綜合自動化裝置的防電磁干擾及抗震動性能應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所有接點的輸入、輸出都經(jīng)光耦隔離，各保護、測量分別接入獨立CT。綜合自動化裝置設(shè)微機接口與交直流屏相連，實現(xiàn)對交直流設(shè)備的實時監(jiān)控。遠動通信管理機與多調(diào)度端通信以擴展CDT、XT9702 等標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約和IEC60870-5-104 網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約兩種通信方式，向調(diào)度端發(fā)送調(diào)度需要的信息，接受并執(zhí)行調(diào)度端下達的控制命令。

全站設(shè)置一套時鐘同步系統(tǒng)，計算機監(jiān)控系統(tǒng)在主控室接受北斗（GPS） 的標(biāo)準(zhǔn)授時，對各個間隔單元及站級計算機等具有時鐘的設(shè)備進行同步時鐘校正，保證各部件時鐘同步率精度要求，當(dāng)本站對時系統(tǒng)故障時，可實現(xiàn)與總調(diào)的時鐘同步。所有綜自裝置、電源系統(tǒng)及安全自動裝置設(shè)置對時接口（RS-485），可以接受硬對時和軟對時。

4.2 綜合自動化的實現(xiàn)

按照《晉城電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)運行管理規(guī)定》要求， 晉城地區(qū)新建電站全部采用IEC60870-5-104 規(guī)約，以2×2M 及4×2M 接入晉城地調(diào)數(shù)據(jù)網(wǎng)、備調(diào)數(shù)據(jù)網(wǎng)。綜合自動化系統(tǒng)通信管理機具備網(wǎng)絡(luò)通信功能，支持并采用雙網(wǎng)卡，與地調(diào)、縣調(diào)端主通道采用IEC60870-5-104 規(guī)約，接入晉城電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)；滿足自動化信息的直采直收，嚴(yán)禁通過當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機轉(zhuǎn)發(fā)。

為保證變電站綜合自動化系統(tǒng)的后臺計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠運行，配置1 套逆變電源（UPS）系統(tǒng)（UPS 電源柜1 面，含2×3kVA UPS 電源1套），保證在變電站交流失壓的情況下，計算機監(jiān)控系統(tǒng)、電能計費系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、自動化設(shè)備等重要設(shè)備能有不間斷的電源供給。該逆變電源系統(tǒng)采用變電站的直流系統(tǒng)作為后備電源，無須蓄電池組。

為接收本站的遠動、保護等信息，此次工程為地調(diào)開列調(diào)度端二次系統(tǒng)接口，包括軟件修改、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及硬件接口等。

為方便無人值班站的運行管理，保證變電站的安全運行，在變電站內(nèi)配置圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)系統(tǒng)，實現(xiàn)全站安全、防火、防盜功能配置，并留有遠方監(jiān)視的接口。設(shè)置圖像終端顯示器，安全警衛(wèi)系統(tǒng)報警接點信號可遠傳至集控中心或調(diào)度端。

為防止變電站火災(zāi)事故的發(fā)生，配置一套智能型火災(zāi)報警裝置，終端與計算機監(jiān)控系統(tǒng)布置在一起，通過該裝置的RS485 接口和規(guī)約轉(zhuǎn)換器接至站內(nèi)通訊網(wǎng)?；馂?zāi)報警的區(qū)域包括二次設(shè)備室、35 kV 及6 kV 配電室、SVG 室、消弧線圈及接地變室、35k V 站變室等。

根據(jù)唐安煤礦需求，為監(jiān)測主變區(qū)域內(nèi)的溫度，對主變的熱故障進行預(yù)診斷，在變電站主變區(qū)內(nèi)配置紅外熱成像在線智能監(jiān)測系統(tǒng)。紅外熱成像裝置通過紅外熱像儀對主變設(shè)備的遠距離及工作環(huán)境進行溫度監(jiān)測，并借助CCD 攝像機對故障缺陷進行定位，對設(shè)備的安全隱患進行遠程判斷。裝置系統(tǒng)可遠程控制云臺和鏡頭焦距，并具有預(yù)設(shè)巡視點的功能，方便實現(xiàn)視頻及熱圖像實時監(jiān)測，記錄視頻、熱圖像及溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不間斷監(jiān)控和超溫報警。

5 結(jié) 語

唐安煤礦變電站改造從2022 年8 月開始，到2023 年1 月完工。在改造完成后，變電站的容量大幅度提升，可以保證唐安煤礦的安全運行。對改造后運行狀態(tài)進行持續(xù)觀察，在變電站容量提升后，線路由于發(fā)熱而引起的短路事故大大降低，跳閘現(xiàn)象減少，尤其是越級跳閘事故發(fā)生的次數(shù)大幅降低，也從未出現(xiàn)過載現(xiàn)象。經(jīng)過統(tǒng)計，在改造后，井下停電次數(shù)將下降90%以上，可以延長設(shè)備的使用壽命，保障了煤礦正產(chǎn)安全開采。