煤矿电网智能监控及防越级跳闸系统

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1、煤矿电网智能监控及防越级跳闸系统使用说明书徐州沃尔德科技有限公司概述煤矿供电系统的可靠性直接影响着煤矿的生产安全和人身安全，建设可靠、稳定的供电系统是煤矿建设中关键要素之一。但因为煤矿生产的特殊性，供电系统有其自身的一些显著特点，而其中的一些特点又为供电的稳定带来了很大的挑战，如何 结合煤矿电网的特点利用电力系统保护自动化技术解决当前供电系统的具体问题是建设和改进供电系统的关键内容。该保护装置具有完备的保护、测量、控制与 监视功能，特别是针对煤矿电网普遍存在线路短、多级变电 所级联的特点， 该装置不 仅具有常规的保护功能，如短路、过 流、 过压、欠 压等保护，最重要的是该装置具有防止越级跳闸的

2、功能。本装置应用最新的全站数据共享的数字化变电站技术，通过使用高速大容量的最新处理技术及高精度同步时钟的技术及基于高速光纤通信网络的光纤电流纵差保护原理来解决煤矿供电系统广泛存在越级跳闸的问题，提高煤矿供电系统的供电可靠性。该装置也可以接入到煤矿供电监控系统中，能够及时把井上和井下变电所的电气参数，设备运行参数、电量信息，故障信息等相关工况 发送到地面调度室，方便领导和相关技术人员实时监控设备及电网运行状况。2 系统整体描述 煤矿智能监控系统是我公司针对煤矿供电系统的这些突出问题而专门研制的供电自动化系统，该系统全面借鉴了电力公司在建设智能电网的智能变电站、智能配电网的相关经验、技术和产品，

3、实现了煤矿供电系统自动化水平的全面升级与提高，彻底解决了困扰煤矿供电的越级跳闸突出问题，进而提高了煤矿供电的可靠性。 该系统采用国际先进的 IEC1588 为核心通讯架构，实现井上井下变电站、开闭所一体化管理，同时就地分散分布式保护控制装置在实现保护、测控功能的同时完成积分电度计量的功能；系统采用特有的 GOOSE 通信技术能实现各装置式之间的快速数据交换，进而实现故障的快速定位， 实现全线路准确快速动作，避免越级跳闸情况的发生，直接提高了供电可靠性；此外，还采用辅助信号源技术，实现了全供电网络内准确的单相接地点定位，从而可以快速准确的切除故障点，避免不必要的停电。 该系统是全矿井供电网络实现

4、自动化、智能化的完整方案，其主要包括：地面集中监控中心、地面变电站保护自动化系统、地面配电所保护自动系统、井下中央变电所、采区变电所保护自动化系统、移 动变电站保护以及通讯分站等。 其系统的拓扑结构如下图所示。 系统各模块与授时服务器之间距离较远，为了保证全网高精度的时钟同步与维持，一方面要尽量减小传输过程中的延迟，采用高速的光纤以太网，高速光纤以太网交换机等，将传输延迟控制在亚微秒量级；另一方面采取一定的动态调整算法与协议，对同步时钟信号进行补偿和周期性校准，保证各模块采样时间的精确同步性。3 防越级跳闸原理本系统是采用光纤网络纵联电流差动保护的原理来实现防越级跳闸。纵联电流差动保护原理是建

5、立在基尔霍夫电流定律的基础之上，具有良好的选择性，能灵敏、快速地切除保护区内的故障。本装置利用光纤通信将输电线路的各端的点流量及相位信息通过光纤网络的方式纵向连结起来，并传送到对方进行比较，用以判断是本输电线路内部故障还是外部故障，从而决定是否动作切除本线路。原理如图(1)。图 1 纵差电流差动保护原理如图（1）所示，在本系统中，我们采用纵差保护来实现选择性短路保护。当 1点发生短路故障时，1点的短路电流会流过干线即2点，所以会发生越级跳闸现象，我们采用0.1s的延时，1点故障排除后系统恢复正常，2点不会跳闸；但是当母线即3点发生故障时，2点断路器应该无延时跳闸，但也延时0.1s，是个隐患，所

6、以我们采用电流向量差来区别1点和3点的短路故障，即 。当1点故障.0123II时 =0，当 3故障时 0而且 。这样线路纵 差保护从原理上基本实现，.I.I.I0从而使该短路保护具有选择性。4 系统主要功能4.1 彻底解决越级跳闸问题为了保护系统和设备，地面中心变电站出线速断保护一般采用无延时设计，由于线路主要采用电缆方式且距离并不长，所以会和下级变电站出线或移动变电站的电流保护的动作区重合，从而失去选择性。系统利用 IEC1588 的 GOOSE技术实现保护测控设备之间的快速信息交换，利用下级变电站保护动作或馈出线保护动作信号快速闭锁本线路保护的速断保护功能，从而实现选择性。如下所示，考虑极

7、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一级发出闭锁信号，同时检测 下一级是否有闭锁信息发出，如果检测到闭锁信息则闭锁速断出口，否则经过一个短延时后跳闸，延 时时间 一般与 GOOSE 闭锁信息可靠传输时间进行配合，实际应用中在 4 级及以下出线延时时间大于 50ms 即可保证信息传输的可靠性。A高速 G O O S E 报文通讯高速以太网地面中心变电所 井下中央变电所 移动变压器这样各级线路保护的速断定值不用考虑选择性，只要保证灵敏度即可，实际应用中可以采用相近或相似的定值。如果由于某种原因通信线路出现故障，则不能保

8、证下级的闭锁信号可靠传输，此时 本级保护装置经短延 时跳闸，避免事故 扩大。4.2 全方位优化的智能一体化电力监控功能煤矿智能供电一体化监控系统在实现提高供电可靠性的同时，在实现电力监控的基础上结合实际情况开发了大量的实用化功能，使该系统能更完整的反应一次系统的运行状况，简 化管理， 优化运行。 常规保护功能所有配电点配置新型的保护测控装置，能完整实现对输电线路、变压器、 电容器、井下电缆等设备的保 护功能，保 护类型包括电 流保护、 电压保护、差动保护等。 远程操作功能地面、井下供电系统各高压供电点运行模拟量、状 态量实时上传；地面集中监控中心远程分合操作、定值 修改与维护。 电能质量监测和

9、分析供电网络中各高压供电点的电能质量监测，主要包括：电压偏差、电压合格率、频率偏差、频率合格率、 电压不平衡、谐波（15 次）等。并在集中监控平台配置辅助分析功能。使用户能清晰的了解整个供电系统的电能质量和谐波分布情况，并可据此采用相应的治理策略。 强大的故障录波功能。系统各保护设备均支持强大的故障录波功能，且录波格式采用国际通用的COMTRADE 格式，录波长 度和启动条件可灵活设定，其中地面变电站设备最大录波时间 10s，井下保护设备 最大录波时间 300ms，而且录波数据可以自动或手动的方式上传到监控中心， 监控中心配置专业的分析工具进行波形分析与数据挖掘，进 而辅助运行人员快速判断故障

10、类型和故障位置。 自动化的配置管理与在线仿真。由于供电网络随着综采、综掘工作面的变化而变化，因此快速自动化的配置管理与检验变得越来越重要，系统辅助的自动配置功能可以极大的简化运行维护人员的工作量。系统支持运行中或系统变更后的在线仿真功能，能模拟系统各个点故障检查系统中各保护设备的动作行为，进而检查系统参数配置的合理性。 面向系统的智能故障、告警。每次故障或告警，系统均能自动进行拓扑分析生成成组的故障记录，故障记录包括故障时的故障回路的拓扑着色、流过故障电流的各保护设备的启动或动作情况、故障跳开支路的动 作时间、 电流大小及录波波形等。该功能可以使运行人员对每次故障及保护系统的反应情况进行综合的

11、了解，进而解决潜在的整定或运行问题。5、系统特点与优势5.1 系统优势本系统采用最先进的智能变电站与智能配网技术与煤矿供电紧密结合的产物，能显 著提高供电系统的智能化水平并提高供电系统的可靠性。 本系统是在不改变现有供电系统及结构的基础上，采取集中采样数据、集中处理判断的方式，安装方便，接线方便，并且 维护简单 。液晶显示部分采用 10.4吋高清晰度液晶，实时显示数据信息，修改和设置参数简单方便。 对于数据的取样是利用高爆开关内的电压互感器、电流互感器采样电压信号和电流信号，利用安装在高爆开关内的零序电流互感器采样零序电流。 本系统是基于光线网络的基础上的同步采样数据，利用安装在井上的高精度

12、GPS 同步和校时装置，实现安装在井下各变电所内防越级调整装置的数据的同步和数据信息共享，可以精确可靠地判断故障位置，及时可靠的切除故障支路，不影响其他线路的正常供电，真正做到了选择性、可靠性、灵敏性与一体。另外对于保护定值参数的修改只要在地面的保护测控装置上进行即可，而传统的微机保护一般须下到井下操作。5.2 系统特点 标准化、网络化系统内所有设备采用标准以太网接口，通讯介质支持光纤或矿用专业通讯电缆。通讯规约采用国际通用的 IEC1588，而 该规约正是建设智能电网的核心通讯标准，能 彻底实现设备的互操作性。此外，由于采用以太网作为通讯媒介，极大的提高了监控系统数据反应的速度，优化了监控系

13、统的性能。 智能化、系统化系统内所有的保护测控装置作为系统的一个节点结合监控中心实现全矿井供电网络的智能化。保护设备的动作策略不在仅仅根据本间隔的模拟信息，而是结合全网络的运行特征实现系统级保护，彻底解决越级跳闸问题，且无需复杂的定值整定，极大降低了对运行维护人员的要求；基于系统的单相接地选线策略不仅能准确的选线，更可以实现定位到故障区段；面向系统的告警与自动配置使系统成为一个互动、智能、综合协调的整体。 施工简单、维护方便系统网络拓扑与常规电力监控相似，与运行人员的操作习惯相同，与维护人员的整定规则一致，而强大丰富的功能实现了自动化的配置与识别，而全部这些仅需要更换现有的保护测控装置并搭建监

14、控中心即可实现，通讯网络可以实现与矿用自动化光纤环网复用。6.系统组成结构 智能保护装置采用上、下位机相结合的模式，上位机是一款高档的单板机并且预装了Microsoft 公司的 windows XP系统，人机交互界面是在XP系统下使用组态王的开发环境，它具有鲜艳的色彩、友好的交互界面和丰富的交互内容，并配有以太网接口用以接入工业以太网，功能极其强大；上位机使用的数据库是一个全功能的，强大高效的，轻量级，免维护的数据库，它是一个开源的，强大在，可以自由使用的数据库。由于上位机本身就配备了大容量硬盘、超强数据库以及以太网接口，所以本智能保护装置本身就具备了强大的数据吞吐能力和数据处理能力。下面是我

15、们自主开发的友好人机交互界面示图： 本智能保护装置不仅上位机拥有强大的人机交互功能、数据吞吐能力和数据处理能力，而且下位机同样拥有超强的信号处理能力，可以同时处理18条支路路模拟量信号，这使得本装置可以配备了各种保护功能。7 接线图本智能保护装置机箱包含有 4 套设备，每套设备包含四块板卡，分别为电源板卡、信号处理板卡、继电器板卡、主控板卡。每套设备独立工作，并通过高速以太网交换信息，从而实现系统整体功能。系 统接线以单套设备为单元，每套 设备的外部接口包括：设备供电接口、模拟信号采集接口、开关量输入接口、开关量 输出接口、液晶通信接口及网络通信接口。7.1 设备供电接口采用专用的设备供电电源

16、线，连接到设备机箱背面的电源输入口。7.2 模拟信号采集接口单套设备如果连接有母线，则最多可连接 3 条支线；如果不连接母线，则最多可连接 5 条支线。下面对这 两种情况下得接线方式进行说明。情况 1：设备未连接有母线单套设备 （未连接母线）接线图-模拟量输入部分通道号 接线定义 备注说明AD0 支线 1 aI支 线 1 的 A 相 电流AD1 支 线 1 c 支线 1 的 C 相电流AD2 支 线 1 0I支线 1 的零序电流AD3 支线 2 a支 线 2 的 A 相 电流AD4 支 线 2 cI支线 2 的 C 相电流AD5 支 线 2 0支线 2 的零序电流AD6 支线 3 aI支 线 3 的 A 相 电流AD7 支 线 3 c 支线 3 的 C 相电流AD8 支 线 3 0I支线 3 的零序电流AD9 支线 4 aI支 线 4 的 A 相 电流AD10 支 线 4 c 支线 4 的 C 相电流AD11 支 线 4