成庄煤矿供电自动化系统的技术改造方案详解

【中心议题】

•     *对成庄矿供电系统的设备及保护装置进行了技术改造
•     *重点介绍系统结构、功能

【解决方案】

•     *采用工业以太网方式组成电网安全监控系统
•     *地面网络结构则采用放射型,各变电所采用独立的光纤与监控中心进行信号传输

1　电网改造目的

为了避免越级跳闸和大面积停电等事故发生,提高供电可靠性,掌握煤矿电网的运行规律,提高煤矿电网的运行管理水平,进而实现变电所的无人值班,使煤矿电网安全经济运行。成庄矿对井上、下电网进行了技术改造,重点解决以下三个问题:

(1)提高高压保护性能和功能

目前高压开关设备的保护,其性能和功能上都有很大的欠缺。要避免越级跳闸和大面积停电事故的发生,高压保护的可靠性和功能的完整性是整个电网监控系统功能是至关重要的因素,尤其对保护器进行改造是电网改造的首要问题。

(2)提高低压开关的性能和功能

要实现远程监测监控,必须把现使用的低压开关手动操作机构更换成电动开关,采用全数字保护器,并有完备的测控功能和规范的通讯功能,通讯接口为RS485,规约为问答式。

(3)通讯网络选择

以工业以太环网作为矿井的通讯平台,除了实现正常的通讯功能外,还可以实现远程维护,远程软件升级以及远程调试,使整个系统维护更方便。

2　自动化系统基本建设

(1)基本概况

成庄矿井上、下电网安全监控系统是全矿井自动化系统的1个子系统,主要选用了上海山源的KJ-137电网监控系统,其中井下供配电系统中有14个井下6kV变电所(配电点)和综采工作面、综掘工作面各1个。通过对各变电所、配电点内设备及保护装置进行改造和更新后,采用工业以太网方式传至矿电力调度中心,组成电网安全监控系统,在计算机上显示和记录各个变电所、配电点测控装置的所有数据,实现井下供电系统的遥测、遥控、遥信和遥调功能,从而实现变电所的无人值守。地面供配电系统改造范围涉及成庄矿地面6kV电压以上所有变、配电站共计13个,通过对各变电所内设备及保护装置进行改造后,用光缆传至矿监控中心组成监控系统,实现遥测、遥控、遥信和遥调功能,为变电所实现无人值守创造了条件。

(2)网架结构

以工业以太网为平台,在井下二盘区、三五盘区、四盘区形成3个光纤自愈环网,光纤在中央变电所汇合通过井下环网交换机与地面网络连接,地面网络结构则采用放射型,各变电所采用独立的光纤与监控中心进行信号传输,传输介质以光缆为主,传输速率: 100Mbit/s,网络设备选用矿用防爆型以太网交换机。整个系统的网架结构如图1所示。

3　改造主要内容

(1)地面部分

1)将地面变电所常规电磁型继电器保护通过改造,更换成上海山源电子电器科技发展有限公司生产的ZBT-11B微机综合保护,增加本地监控构成了变电所现场的综合自动化。

2)将地面变电所综合自动化系统接入公共的光纤以太网平台,在调度中心安装KJ137监测监控系统组态软件,实现地面变电所的远程监测监控。

3)通过和供电公司协商,将供电公司为成庄矿供电的一个110kV站、三个35kV站的运行实时信息通过通信网络传至成庄矿电力调度,用Web浏览方式查看上级变电所的实时运行信息以及历史数据。

4)在地面安装电力调度中心,安装1台专用通信服务器和井上下各变电所进行通信,安装2台监控机兼作数据服务器用于矿井供电系统的监控;安装1台计算机专用监视供电公司所辖的成庄110kV站和3个35kV站的实时信息,安装1台计算机作为监测系统图形机,可查看各掘进头面的风机运行情况,在机房内前墙上安装4台52吋大屏幕液晶显示器,可一对一显示4台监控计算机的画面。

(2)井下部分

1)将井下变电所高压开关模拟保护器更换成上海山源电子电器科技发展有限公司生产的具有保护、监控、录波、漏电保护、通讯等功能的ZBT-11型微机综合保护;新安装变电所高压隔爆开关的保护器全部选用ZBT-11型微机综合保护。

2)将井下变电所低压馈电开关全部更换为可以和KJ137电网自动化系统的通信微机保护型馈电开关。

3)将井下各变电所自动化系统接入公共的光纤以太网平台,实现地面调度中心对井下变电所的远程监测监控。

4)将综采工作面、综掘工作面的移变高低压馈电开关全部更换为可以和KJ137电网自动化系统能够通信微机保护型移变高低压馈电开关。

5)对综采工作面控制器(皮带控制和工作面控制)的RS-232信号转换为RS-485信号按协商的通信规约和KJ137电网自动化系统实现通信,实现两遥(遥信、遥测)。在井下各个变电所、高压配电点增加上海山源生产的KJF81测控分站,实现本地监测监控和综合选漏。

6)利用矿井自动化系统中的视频系统,在前墙

液晶显示器上可显示井下变电所的视频信息,并可任意切换;利用KJ-137监控系统安装IP专用电话系统,只在电力调度和井下变电所使用,保证供电事故处理过程中通讯畅通。

4　应用效果

(1)井下所有变电所、配电点的高、低压和地面6kV高压系统和供电公司的相关变电站的实时信息传至矿电力调度,能够掌握矿井供电系统内的全部运行信息,并可通过视屏了解井下各变电所现场情况,为综合判断和处理供电事故提供了技术依据,提高了处理系统事故的效率。

(2)高压隔爆开关微机保护器设有定时限电流三段保护,通过合理调整定值,有效地实现井上、下保护配合,避免越级跳闸,缩小停电范围;其保护器的漏电保护,动作准确,并可和KJF81井下测控分站配合实现选漏功能,缩短处理事故时间;低电压保护设有适当延时,能够躲过系统电压波动时开关误动作,缩小停电范围。

(3)实现了高、低压开关保护的授权设置、在线调整、修改、验证保护定值,减少了保护定值调整导致开关停电次数。

(4)安装了供电系统专用IP电话,有效防止了系统性供电事故时的通信阻塞现象,提高处理事故效率。

(5)系统具有快速恢复送电功能,可对局扇风机等重要用电负荷快速恢复送电。通过电网自动化改造,成庄矿有效提高了自动化和管理现代化水平,实现了矿井供电系统运行信息的全面监控,为矿井安全生产提供了保障。