井下供电系统防越级跳闸技术优化探讨.pdf

2020 年 7 月2020 年第 7 期 对于煤矿井下供电系统而言，导致其运行过程中 发生越级跳闸的原因多种多样，诸如母线保护缺乏、 失压保护延时等。现阶段，国内矿井在供电系统中多 采用光纤纵差保护技术，但这种技术难以实现对整个 矿井供电网络的全面保护。有鉴于此，基于 GOOSE （ 面向通用对象的变电站事件 ） 闭锁原理，针对现有的 防越级跳闸技术进行优化探究，对于更好地提升矿井 作业效益有重要作用。 1作业原理分析 随着现代光纤技术的不断发展，在矿井生产作业 中大多数采用基于光纤以太网的监控系统进行供电系 统监控，但其配套所用的保护监控装置仅具备对故障 点的监测功能，无法实现对故障类别的有效辨别，特 别是对于越级跳闸故障的有效辨识。针对此，此次研 究基于 GOOSE 闭锁功能设计逐级断路保护控制设备， 从而实现自地面至井下移动变电站的四级管控模式[1]。 图 1 所示即为矿井供电系统越级跳闸故障保护图。 作业过程中，当煤矿井下四级供电系统的一级供 电系统 S1 或支路供电系统发生短路或漏电问题时，每 一级的闭锁控制保护器便会监测到故障电流。其中，4 控制保护器在监测到第四级供电系统存在故障电流， 并判定符合保护动作条件时，控制器会立即采取保护 动作闭锁故障线路。与此同时，4控制保护器还会将相 关保护信号传送至上三级的控制保护器。上三级控制保 护器不会立即响应保护，而是在安全时间之后，若第一、 二、三级控制保护器依旧符合保护动作条件时，则 3控 制保护装置会先行进行监测和动作保护，并依次向上类 推，直至其中一级控制保护器无法监测到故障信号为止。 2保护系统构成分析 2.1中央处理器 中央处理器是整个越级防跳闸系统运行的核心组 收稿日期2020-04-01 作者简介杨楠，1988年生，女，山西大同人，2014年毕业于吉 林大学电力电子与电力传动专业，硕士，工程师。 井下供电系统防越级跳闸技术优化探讨 杨楠 （ 大同煤矿集团有限责任公司双创中心，山西 大同 037003 ） 摘要 供电系统作为矿井生产作业的动力源头，其运行安全对于保障生产的持续、安全开展意义重大。以此为着手 点，针对井下供电系统防越级跳闸技术优化开展分析探究，先对越级防跳闸的作业原理展开综合分析，并在此基础上提 出了越级防跳闸系统优化举措，然后对优化后的供电系统构成进行全面分析，并对保证供电系统防越级跳闸保护功能充 分有效发挥的注意事项进行了综合概述。实际应用表明，优化后的供电系统越级防跳闸技术效果良好，不仅使得故障次 数大幅缩减且显著提升了供电系统运行的有效性，增加了矿井综合效益。 关键词 矿井；供电系统；越级跳闸；作业原理；系统结构 中图分类号 TD611文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0109-02 Discussion on Optimization of Anti-override Trip Technology of Underground Power Supply System YANG Nan Mass Entrepreneurship and Innovation Center, Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong 037003, Shanxi, China Abstract As the power source of mine production, the operation safety of power supply system is of great significance to ensure the continuous and safe production. Taking this as a starting point, this paper analyzed and probed into the optimization of anti- override trip technology of underground power supply system. Firstly, it made a comprehensive analysis of the operation principle of the anti-override trip, and on this basis, it put forward the optimization measures of the anti-override trip system, then made a comprehensive analysis of the structure of the optimized power supply system, and gave a comprehensive overview of the precautions to ensure the full and effective play of the anti-override trip protection function of the power supply system. The practical application shows that the optimized anti-override trip technology has a good effect, which not only greatly reduces the number of failures, but also significantly improves the effectiveness of power supply system operation and increases the compre- hensive benefits of the mine. Key words mine; power supply system; override trip; operation principle; system structure （总第 178 期） 技术研究 控制保护器1控制保护器2控制保护器3控制保护器4 一级供电系统 S1 二级供电系统 S2 三级供电系统 S3 四级供电系统 S4 地面变电所井下中央变电所采区变电所各配电点 图 1矿井供电系统越级跳闸故障保护 109 2020 年第 7 期2020 年 7 月 （上接 24 页） 参考文献 ［1］ 煤炭科学研究总院抚顺研究院.AQ 10802009 煤的瓦斯放 散初速度指标驻p测定方法 ［S］ .北京 煤炭工业出版社， 2009. ［2］ 煤炭科学研究总院重庆研究院， 煤炭科学研究总院抚顺分院， 煤炭科学研究总院北京安全技术研究所.AQ/T 10652008 钻屑瓦斯解吸指标测定方法 ［S］ .北京 煤炭工业出版社， 2008. ［3］ 中联煤层气有限责任公司， 煤炭科学研究总院西安分院. GB/T 195602004 煤的高压等温吸附试验方法容量法 ［S］ . 北京 煤炭工业出版社， 2004. ［4］ 煤炭科学研究总院抚顺分院， 煤炭科学研究总院重庆研究院. GB/T 232502009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法 ［S］ .北 京 煤炭工业出版社， 2009. ［5］ 刘志伟， 何俊材， 冯康武.瓦斯含量直接测定法在大方煤田的 研究 ［J］ .中国煤炭， 2011， 371 99-101. ［6］ 张晓东， 桑树勋， 秦勇， 等.不同粒度的煤样等温吸附研究 ［J］ . 中国矿业大学学报， 2005， 344 427-432. ［7］ 张天军， 许鸿杰， 李树刚， 等.粒度大小对煤吸附甲烷的影响 ［J］ . 湖南科技大学学报自然科学版， 2009， 241 9-12. （ 责任编辑白洁 ） 件，以型号 STW32F207 的 32 进制芯片为核心，外联多 个外设接口 （定时器接口、以太网接口、转换模块接 口等）。使用中央控制器进行控制主要有以下优点 a 能够大幅精简短路保护系统结构；b 能够显著减少 系统能耗；c 大幅提高系统运行的安全性。 2.2交流采样装置 该设备主要借助 A/D 转换模块集中采集供电系统 中的不同电压 （ 三相电压、零序电压 ） 和不同电流 （ 保 护电流、测量电流 ） ，以便于控制核心进行综合比对分 析，为短路保护的有效实现提供依据。 2.3通讯组件 基于 GOOSE 闭锁功能的越级跳闸防护系统采用工 业以太网作为整个系统通讯组件，其功能主要包括以 太网监控通讯和 GOOSE 信息收发等。 2.4绝缘检视保护装置 该装置的具体作用是实现对系统附加电阻电流量 的在线监测保护，监测方法为 VFC （ 电压频率转换器 ） 测量法，测量对象为通过附加电阻的直流电压，通过 对直流电压的测量，可实现对监视电路中电阻的精准 测算，再根据测算结果与预设安全数值的比对分析， 便可实现对所监测电路绝缘性能的判定。 2.5人机接口 短路保护装置中的人机接口部分主要包含 3 个构 成组件，即红外线遥控装置、LED （ 发光二极管 ） 指示 灯、LCD （ 液晶 ） 显示屏。其中，红外线遥控装置的功 能是设置调整人机接口部分各项功能和运行参数，并 进行数值整定，同时还能够进行参数查询或手动合闸 等操作。 3供电系统防越级跳闸保护注意事项 现阶段，在中国大型煤矿生产矿井中，其井下供 电系统均普遍配备了防越级跳闸保护系统。但在实际 使用中，受不同因素的综合影响，实际使用效果较差， 仍存在诸多影响系统运行安全性和稳定性的问题。在 此结合 A 矿矿井以往生产实际，提出几点注意事项 a 布设井下供电线路时，应当保证所用的电缆或信号 线等均符合矿井安全生产防爆标准。同时，在安装配 设防越级跳闸保护系统各级保护装置时，必须选用分 散式布设方式或分层式布设方式。A 矿在 2017 年为井 下第五采区的供电系统配设防越级跳闸控制系统保护 装置，但由于缺少对前期电路的有效管护，使得供电 线路老化严重且未能及时更换，致使保护控制器布设 完成后无法达到预计效果，未能对系统供电进行有效 的短路保护。b 考虑到随着矿井开采的不断延伸，井 下供电网络复杂程度不断增加，其内部往往存在数量 众多的接收装置、传感装置或大型开关，这些组件的 存在会对短路保护装置正常通讯时的数据传递造成一 定负面影响，从而使得其判定结果存在误差，在很大 程度上干扰短路保护装置保护功能的充分发挥。c 鉴于 煤矿井下作业条件复杂多变，为保证供电系统越级防 跳闸保护功能的充分发挥，实现矿井供电系统运行的 持续、安全、有效，在购置保护装置时，不仅要通过正 规渠道向正规厂家购置，还要对所购置产品进行细致、 全面的质量检测，确保所有购进的保护装置完全符合 国家标准。此外，还要确保所购置的保护装置具备良 好的电磁兼容性，能够满足后续升级的需要[2-4]。 4结语 井下供电系统作为煤矿生产作业的动力来源，确 保其运行的持续、安全、可靠，对于提升矿井生产安 全性，增加矿井综合效益有着积极意义。此次研究中 针对矿井供电系统传动越级防跳闸保护系统开展优化 探究，使用局部 GOOSE 闭锁功能的保护控制设备，实 现对矿井供电系统越级防跳闸事故的有效防治。由优 化改良后的实测结果可知，矿井供电系统发生越级跳 闸的现象大幅缩减，供电系统运行的稳定性和有效性 显著提高，在有力保障生产安全的同时使得生产的综 合效益大幅增加。 参考文献 ［1］ 徐伟.煤矿供电保护系统改造优化探究 ［J］ .机电工程技术， 2019， 487 193-195. ［2］ 任锦华.煤矿供电系统防越级跳闸技术的应用分析 ［J］ .当代 化工研究， 201914 79-80. ［3］ 吴俊峰.煤矿供电新型防越级跳闸系统的应用 ［J］ .机电信息， 201935 54-55. ［4］ 曹品伟.煤矿井下供电系统防越级跳闸技术 ［J］ .煤矿机电， 2019， 406 102-103. （ 责任编辑白洁 ） 110