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1、煤矿6KV供电防越级跳闸 数字化保护系统介绍南京磐能电力科技股份公司2010年8月2/38内 容 概 括 1.目前厂矿企业、煤矿井下存在的越级跳闸问题2.越级跳闸原因分析3.数字化变电站系统概述4.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统5.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统成果展示6.与传统常规保护的对比7.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案 （一） 8.煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案 （二） 9.常村矿示范系统10.主要业绩3/38目前厂矿企业、煤矿井下存在的越级跳闸问题n供电系统复杂，线路短，存在3端线路，线路保护电 流定值难以整定，尤其是煤矿井下存在多级采
2、区变电站级联 的情况，也不能通过增加时间级差实现各级线路保护的整定 配合，线路故障时极易出现越级跳闸，导致大面积停电，严 重影响安全生产。4/385/38越级跳闸原因分析n 常规系统以速断过流保护为主保护，每一个小蓝色块代表一个速断 过流保护。由于无时间级差，导致速断保护必须保护线路全长，705线速断保 护的保护范围是705开关到N3采区1变电所1进线高开之间的线路；n N3采区1变电所2高开速断保护的保护范围是N3采区1变电 所2高开到N3采区2变电所1高开之间的线路，N3采区2变电所2高开 速断保护的保护范围是N3采区2变电所2负荷馈出线。n 由于线路较短，N3采区2变电所2负荷馈出线靠近
3、母线处故障 时的故障电流和N3采区1变电所2高开出线故障时的故障电流基本相同，这 导致速断保护定值难以整定，往往导致N3采区2变电所2负荷馈出线故障时 ， N3采区2变电所2#高开、705保护动作，即“越级跳闸”，导致整个N3采区 1变电所I段母线和N3采区2变电所I段母线全部停电。6/38“数字化变电站”是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通 信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作， 并以网络数据为基础，实现数据测量监视、控制保护、信息管理等自动化 功能的变电站。 “数字化变电站”具有以下优势： 采用IEC61850标准，实现互操作； 全站同步采样、数据共享
4、大大简化了现场接线，使实现以整个变电站为考 虑对象的保护控制等功能成为可能。 二次设备网络化，通信网络取代复杂的控制电缆，消除了电缆带来的电磁 兼容等问题； 采用电子式互感器，消除了电流互感器二次开路及饱和、电压互感器二次 短路及铁磁谐振现象，具有低功耗、安全环保等功能；数字化变电站系统概述7/38数字化变电站特殊应用 -煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统n 应用最新的基于全站网络数据共享的数字化变电站技术，运用高速光纤通讯和纳秒级同步采样专利技术，将精确同步采样的井下各高爆的电流、电压数据上送位于地面控制中心的保护主机。n 保护主机上配置差动保护模块取代传统过流速断保护作为线路的主保护，
5、差动保护范围固定，实现全系统零时限全线速动，从而彻底解决煤矿供电系统广泛存在的“越级跳闸”问题，大大提高了煤矿供电系统的供电可靠性。8/38线路差动原理9/38母线差动原理10/3811/38煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统12/38煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统成果展示最新研究成果：1、光纤通讯的矿用智能保护器2、低功耗矿用隔爆型光通讯接口3、功能强大的集成保护测控装置（保护主机）4、基于实时嵌入式操作系统的保护系统软件（含光纤纵差保护软件）5、基于实时嵌入式操作系统的电度计量软件6、新型大容量点对点光纤数字通信网 完全解决煤矿供电系统广泛存在的越级跳闸的 问题，提高煤矿供电系
6、统的供电可靠性。13/38矿用智能保护器(一)n 安装于井下采区变电所高压防爆配电开关内的矿 用智能保护器将就地采集到的模拟量、开入量等信息数字化 后通过光纤网络上送给矿用光通讯接口，接受跳闸命令，实 现保护跳闸。n 矿用智能保护器由PT（100V）供电，并且配备储 能电容，在失去工作电源的情况下能继续工作，确保失压保 护可靠动作。14/38矿用智能保护器（二）n 就地实现测控功能，并能在地面的保护主机实现 遥测、遥信、遥控及防误操作等，遥测、遥信数据实时刷新 ，在地面即可完成井下高爆的分、合操作，成功率100%。n 在地面保护主机上即可查阅、修改矿用智能保护 器就地保护定值；保护定值采用标准
7、文件输出，能使用U盘 方便的拷贝、下载定值。15/38矿用智能保护器就地保护功能矿用智能保护器能具有保护功能，光纤网络通讯正常时该保护功 能不启用，由地面的保护主机实现全系统保护功能；光纤网络中断时， 矿用智能保护器自动启动以下保护功能：n三段式电流保护：速断、限时速断、定时过流n反时限过流保护n二段零序电流保护（漏电）n三段式低电压保护n三段式过电压保护n零序过电压保护n负序过流保护n电缆绝缘监视。n非电量保护（瓦斯闭锁，风电闭锁）16/38矿用光通讯接口（一）n 将来自矿用智能保护器的数据合并打包后通过光 缆送往地面控制中心的集成保护测控装置，接受集成保护测 控装置下发的控制命令并转发给相
8、应的矿用智能保护器。17/38矿用光通讯接口（二）n矿用光通讯接口工作电源由采区变电站所变提供（ 127V交流），配备储能电容盒，在失去工作电源的情况下 能继续工作。n每台矿用光通讯接口有：两对上行单模光纤以太网口（一对和集成保护 测控装置通讯、一对和集成电度计量装置通讯）一芯和GPS时钟服务器对时的单模光口、一对和其他矿用网络接入器同步的单模光口。n矿用光通讯接口安装于井下采区变电所内，通过矿 用阻燃光缆和矿用智能保护器通讯。18/38集成保护测控装置（保护主机）n基于最新超大规模FPGA和多DSP内核并行处理技术 ，研发了计算能力相当于100余台微机保护装置的保护主机。在常村矿示范系统中，
9、单台即实现了8条线路光差，50条线路的保护和测控运算。19/38光纤纵差保护软件1）保护动作速度快，平均动作速度小于25ms， 大大小于36ms的科技立项目标。2）针对煤矿井下线路短，短路电流大的特点， 开发了CT饱和识别技术，能避免穿越性故障时由于CT饱和导 致的光差误动。20/38高级扩展应用软件n 保护主机上还可配置母线差动保护，在母线故障时提供速断 保护，填补了目前采区变母线没有专有保护的空白。n 基于采区变所有馈出线的零序电流数据可以开发专用漏电保 护模块，采用光纤传输，全站数据共享保护系统，解决了原漏电保护中 存在的抗干扰能力差、传输速率慢及数据处理速度慢、各支路零序电流 无法进行
10、比较的问题。n 基于零序电压，全站零序电流和消弧线圈数据的综合处理。 先选出所有线路中零序电流5次谐波和基波幅值变化最大的三条，再和记 忆的零序电流5次谐波和基波幅值比较，如果最大的一条的幅值远远大于 其余两条，则选出幅值最大的为漏电故障支路，有助于解决漏电保护准 确性和可靠性的问题。21/38电度计量装置n基于精确的同步测量电流和电压数据，可在地面控制 中心配置电度主机实现采区变馈线的电度计量。和目前煤矿 普遍采用在各高爆安装电度表，人工抄表的方式相比，本系 统可大大减小运行人员的工作强度，提高电度统计数据的准 确性。n最多集成96个电能计量单元，可以实现全系统端口电 度计量。n电度功能模块
11、化，系统的电度计量、监测配置由图形 操作完成，配置灵活，便于扩展升级改造。22/38新型大容量点对点光纤数字通信网1）独有的点到多点的同步采样控制技术，保证了所有采集控制装置同步采样误差200ns级，同步稳定且不受链路长度影响；2）采用多种网络数据报过滤规则，有效杜绝未经授权的下行访问，极大地提高了系统安全；3）采用最新的数据链路纠错技术，误码率下降1000倍 。3）32位CRC数据检错技术，避免数据误码对系统造成的影响。4）支持任意速率的二次采样和在线数据订阅；5）自动检测光纤信号质量并给出实时状态指示；6）通讯距离达40KM。23/38全系统故障录波1）实现全系统数百个模拟量通道和开关量的
12、故障录波，录波通道数大大超过专用故障录波器。2）支持高达20次谐波分析，大大提高了故障分析的准确性。3）保护主机采用“海量”存储器，能保存多达4096条故障记录，记忆最新32套故障波形。24/38与传统常规保护的对比n采用传统保护模式：由于定值难以整定，无时间级差，无论在开关正常或 失灵情况下均会出现“越级跳闸”，井下采区变电站末端馈出故障时导致 6KV开闭所馈出“越级跳闸”；在CT饱和的情况下会导致保护延时数十毫 秒动作。n采用煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统模式：采用光纤差动作为线路主保护，动作区固定，不需要时 间级差的配合，在任何地点故障均无越级跳闸；即使开关失灵，只开放 上一级后
13、备保护，由上一级后备保护动作切除故障，不会造成越级跳闸 ；在CT饱和的情况下保护动作速度不受影响；在平时保护动作情况下比 常规保护快10ms。25/38煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案( 一)完全的数字式系统方案：该方案在井下配电系统和可能出现越级跳闸的地面6KV线路安装矿用智能保护器，采用高速光纤网络将采样的数据上送至位于地面开闭所或变电站的集成保护测控装置，基于全站数据共享的保护装置按如下原则配置保护和自动装置。具体为：在各变电所之间的联络线配置双侧线路差动保护、三端线路差动保护；在各变电所母线配置母线差动保护；在负荷线路配置保护线路全长的过流速断保护。由于以上速动保护完全覆
14、盖了整个配电系统且均有明确的动作区，配电系统任一处故障时保护均能按最小停电原则立即动作，因此完全解决了越级跳闸问题。本方案的优点:实现了保护和测控系统的全数字化，保护配置灵活，完全拥有DMP5000系统的所有优点，彻底解决了越级跳闸的问题，并且能提供基于全系统零序电流的漏电保护功能。26/3827/38煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统应用方案( 二)和传统微机保护相结合的方案：考虑到大部分故障均为线路故障，母线故障概率较小。本方案在各变电所之间的联络线两端安装矿用智能保护器，采用高速光纤网络将采样的数据上送至位于地面开闭所或变电站的保护装置，基于全站数据共享的保护装置配置双侧线路差动保护
15、、三端线路差动保护作为这些联络线的主保护，并且把联络线四遥信息送至监控主机，而在各变电所保留大量的原微机保护装置，通过光端机把四遥信息送至监控主机本方案相对完全的数字式系统方案，由于矿用智能保护器数量大大减少，需要的矿用光通讯接口数量也大大减少，费用大大降低，具有较高的性价比。本方案尤其适合已经安装了微机保护装置，只需要解决越级跳闸问题的煤矿供电系统，这样大部分微机保护装置不需要更换，可以用较少的费用达到大大减少越级跳闸的目的。28/3829/38潞安常村矿示范系统nN3采区1#变电所：29台高压防爆配电开关，配置29台井下矿用智能保护器、2台矿用光通讯接口。nN3采区2#变电所：21台高压防
16、爆配电开关，配置21台井下矿用智能保护器、2台矿用光通讯接口。n在主控室内设置：保护测控屏A和B以及综合屏各1面，共计3面屏。配置2台集成保护测控装置，1台图形终端主机，1台远动主机，1台GPS时钟服务器。30/3831/3832/3833/3834/3835/3836/38常村矿典型配置图37/38主要业绩煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统运行经验 :煤矿6KV供电防越级跳闸数字化保护系统于 2009年5月在潞安常村矿投入运行。经过一年多时间的运 行，系统运行稳定，能够完全满足煤矿供电系统的要求 。目前已签订合同正在实施的项目：河北唐山开滦集团林南仓矿、山西阳煤集团 二矿、河南平煤集团五矿38/38n公司名称：南京磐能电力科技股份有限公司n公司地点：南京市鼓楼区草场门大街98号n联系电话：025-86261057 86261049（FAX）n公司网址：http:/
