煤礦供電安全可靠性提高解決方案

煤礦供電安全可靠性技術(shù)許洪元博士?jī)?nèi)容提要影響供電可靠性的最主要因素：一次設(shè)備故障率、修復(fù)時(shí)間。

提高供電可靠性的常規(guī)辦法：雙電源設(shè)計(jì)、采用高質(zhì)量的設(shè)備、加強(qiáng)維護(hù)。

內(nèi)容提要提高供電可靠性焦點(diǎn)問(wèn)題：如何快速檢測(cè)、隔離故障，快速恢復(fù)供電。內(nèi)容提要一、煤礦供電系統(tǒng)（地面）全網(wǎng)速動(dòng)解決方案二、電源快切技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用煤礦供電系統(tǒng)（地面）全網(wǎng)速動(dòng)解決方案眾所周知，電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線(xiàn)路全長(zhǎng)，需要限時(shí)速斷保護(hù)配合。由于饋線(xiàn)級(jí)數(shù)多，導(dǎo)致故障切除時(shí)間太長(zhǎng)，甚至發(fā)生越級(jí)跳閘事故。

另外，母線(xiàn)快速保護(hù)在煤礦供電系統(tǒng)還沒(méi)有引起足夠的重視，常見(jiàn)的做法是主變（進(jìn)線(xiàn)）后備保護(hù)負(fù)責(zé)母線(xiàn)故障的切除，動(dòng)作時(shí)間1.2s~2s，容易引發(fā)“火燒連營(yíng)”，甚至波及主變。中壓線(xiàn)路光纖縱差保護(hù)兩裝置通過(guò)單模光纖相互連接，實(shí)時(shí)交換采樣信息，采用同步采樣，先進(jìn)的軟硬件平臺(tái)保證在每個(gè)采樣周期內(nèi)都能完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸。中壓超短線(xiàn)路縱差保護(hù)對(duì)于距離小于100米的超短線(xiàn)路，可以采用只有一臺(tái)主機(jī)的超短線(xiàn)路差動(dòng)（綜合）保護(hù)，以節(jié)約成本。中壓母線(xiàn)簡(jiǎn)易母差保護(hù)簡(jiǎn)易母差只接入進(jìn)線(xiàn)和母聯(lián)電流，根據(jù)這兩個(gè)電流形成的差流，來(lái)判斷母線(xiàn)是否有故障發(fā)生，所以是一種不完全差動(dòng)。中壓母線(xiàn)簡(jiǎn)易母差保護(hù)簡(jiǎn)易母差保護(hù)的快速性是通過(guò)接入出線(xiàn)保護(hù)的閉鎖節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。如果收不到出線(xiàn)保護(hù)的啟動(dòng)信號(hào)，則說(shuō)明故障位于母線(xiàn)，可立即跳閘。這是一個(gè)實(shí)用化的方案，比較經(jīng)濟(jì)，但仍需等待出線(xiàn)保護(hù)給出故障信號(hào)，需要一定的延時(shí)（一般取50ms）。母線(xiàn)弧光保護(hù)母線(xiàn)弧光保護(hù)的原理是在關(guān)柜內(nèi)部安裝弧光傳感器，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳給母線(xiàn)保護(hù)裝置。為提高可靠性，增加過(guò)流檢測(cè)元件。如檢測(cè)不到過(guò)流信號(hào)，則閉鎖裝置，防止因弧光傳感器誤報(bào)信號(hào)而誤動(dòng)作。由于采用了雙重檢測(cè)，弧光保護(hù)的動(dòng)作非?？焖伲烧嬲龑?shí)現(xiàn)零延時(shí)動(dòng)作。全網(wǎng)速動(dòng)解決方案內(nèi)容提要一、煤礦供電系統(tǒng)（地面）全網(wǎng)速動(dòng)解決方案二、電源快切技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用煤礦企業(yè)的地面供電現(xiàn)狀電壓大幅度波動(dòng)短時(shí)間斷電電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行!風(fēng)機(jī)停運(yùn)，影響安全！晃電！煤礦企業(yè)的地面供電現(xiàn)狀解決方法一：在進(jìn)線(xiàn)處安裝備用電源自投裝置解決方法二：安裝自動(dòng)重合閘裝置備自投(ATS)工作過(guò)程失壓起動(dòng)(約70%)，經(jīng)延時(shí)跳進(jìn)線(xiàn)；等母線(xiàn)低于無(wú)壓定值(約30%)再合母聯(lián)；失壓或無(wú)壓起動(dòng)，經(jīng)延時(shí)跳進(jìn)線(xiàn)合母聯(lián)；起動(dòng)慢！合閘慢！備自投(ATS)在煤礦供電應(yīng)用存在的問(wèn)題1、煤礦多為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，在備自投切換時(shí)，母線(xiàn)殘壓無(wú)法很快降低，造成其切換時(shí)間長(zhǎng)，在恢復(fù)送電前，井下風(fēng)機(jī)已經(jīng)停運(yùn)；2、無(wú)相頻檢測(cè)，沖擊電流大，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷及備用變壓器極易受沖擊損壞或絕緣老化縮短使用壽命；；3、有可能合于故障，擴(kuò)大事故范圍，甚至造成全站停電；重合閘技術(shù)(ARC)的應(yīng)用重合閘動(dòng)作有一定的成功率，一般為60%—90%左右；重合閘需要躲過(guò)故障去游離時(shí)間，合閘延時(shí)通常在0.5S以上，當(dāng)選擇檢無(wú)壓重合方式時(shí)電壓需要低于30%重合閘(ARC)在煤礦供電應(yīng)用存在的問(wèn)題1、適用范圍比較窄，只能部分解決外部供電線(xiàn)路（且為架空線(xiàn)路）故障的快速恢復(fù)供電問(wèn)題；2、煤礦多為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，在發(fā)生故障跳閘時(shí)，母線(xiàn)殘壓無(wú)法很快降低，造成其重合時(shí)間長(zhǎng)，在恢復(fù)送電前，井下風(fēng)機(jī)已經(jīng)停運(yùn)；（檢無(wú)壓方式要等待，檢同期方式則無(wú)法滿(mǎn)足條件）3、沖擊電流大，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷及備用變壓器極易受沖擊損壞或絕緣老化縮短使用壽命；有風(fēng)險(xiǎn)！合閘慢！解決辦法----快切技術(shù)對(duì)殘壓變化規(guī)律做過(guò)深入研究后發(fā)現(xiàn)，其實(shí)存在三個(gè)合閘機(jī)會(huì)，而備自投只是被動(dòng)等待到第三個(gè)區(qū)域即殘壓切換區(qū)域。而能夠預(yù)判失電，主動(dòng)利用前二個(gè)區(qū)域進(jìn)行切換的技術(shù)就是電源快速切換技術(shù)。既快又準(zhǔn)的合閘方式—快切基本原理之一VS:備用電源電壓VD:母線(xiàn)殘壓△U:母線(xiàn)殘壓與備用電源之間的電壓差母線(xiàn)殘壓向量變化軌跡圖《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》指出：UM<1.1Ue電動(dòng)機(jī)繞組承受的電壓UM＝K(Vs-VM)=K△U,其中K＝XM/(XS+XM)簡(jiǎn)化、等值如能在A－B段內(nèi)合上備用電源，則既能保證電動(dòng)機(jī)安全,又不使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降太多,這就是“快速合閘”。根據(jù)實(shí)時(shí)的頻差和相差變化,捕捉反饋電壓與備用電源電壓第一次重合點(diǎn)實(shí)現(xiàn)合閘.這就是“同期捕捉合閘”！快速合閘判據(jù)經(jīng)微積分求極值，可以計(jì)算出極限最大合閘角度為63°。實(shí)際工程定值：|Δf|<快切頻差定值:取AB段平均值，如1.5Hz|Δφ|<快切相差定值，如30°。（

Δφ。+360*1.5*T＜60°，T為開(kāi)關(guān)固有合閘時(shí)間）以相位差360度（0°）為合閘目標(biāo)只需整定開(kāi)關(guān)固有合閘時(shí)間T即可同捕合閘定值快速啟動(dòng)方式—快切基本原理之二功率方向起動(dòng)組合判據(jù)。任一相功率反向母線(xiàn)電壓小于90%經(jīng)設(shè)定延時(shí)無(wú)流起動(dòng)組合判據(jù)。進(jìn)線(xiàn)無(wú)流頻差大于設(shè)定值電壓小于設(shè)定值經(jīng)設(shè)定延時(shí)起動(dòng)方式金智科技專(zhuān)利技術(shù)！頻壓異常組合判據(jù)。頻率偏離正常值電壓偏離正常值備用母線(xiàn)頻壓正?？山?jīng)設(shè)定延時(shí)起動(dòng)方式專(zhuān)為母線(xiàn)帶發(fā)電機(jī)場(chǎng)合開(kāi)發(fā)，同時(shí)也適合其它場(chǎng)合。起動(dòng)方式保護(hù)起動(dòng)。進(jìn)線(xiàn)/變壓器主保護(hù)動(dòng)作，起動(dòng)切換低電壓起動(dòng)判據(jù)。母線(xiàn)失壓進(jìn)線(xiàn)無(wú)流經(jīng)設(shè)定延時(shí)變位起動(dòng)。1DL跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)無(wú)流閉鎖方式—快切基本原理之三快切的閉鎖快切自檢閉鎖供電系統(tǒng)異常

外部閉鎖信號(hào)自身故障母線(xiàn)PT斷線(xiàn)母線(xiàn)或出線(xiàn)故障開(kāi)關(guān)位置異常

后備電源失壓工藝或檢修方向過(guò)流閉鎖組合判據(jù)。任一相功率正方向電流大于“方向過(guò)流閉鎖定值”電壓低于內(nèi)部設(shè)定值金智科技專(zhuān)利技術(shù)！事故切換與正常切換—快切的主要功能

任一起動(dòng)判據(jù)觸發(fā)后，裝置發(fā)跳工作開(kāi)關(guān)命令。確認(rèn)工作開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，判斷合閘條件，選擇快速合閘或同期捕捉合閘方式，發(fā)出合令，合上母聯(lián)，主扇風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行。事故切換正常切換

起動(dòng)觸發(fā)后，若滿(mǎn)足合閘條件，發(fā)合備用開(kāi)關(guān)命令。確認(rèn)備用開(kāi)關(guān)閉合后，發(fā)跳工作開(kāi)關(guān)命令。一般用于人工倒閘操作。聯(lián)切功能：在發(fā)合令的同時(shí)發(fā)出跳其它開(kāi)關(guān)命令，用于減負(fù)荷；其它功能母聯(lián)保護(hù)功能：適用于技術(shù)改造中原備自投兼母聯(lián)保護(hù)功能的場(chǎng)合。煤礦供電系統(tǒng)快切配置方案全面配置、各司其職單母分段電壓（100V/380V可選）：電流（1A/5A可選）：I段母線(xiàn)三相電壓Ua3、Ub3、Uc3；II段母線(xiàn)三相電壓Ua4、Ub4、Uc4；1#進(jìn)線(xiàn)任一相/線(xiàn)電壓，如Ua1；2#進(jìn)線(xiàn)任一相/線(xiàn)電壓，如Ua2。1#進(jìn)線(xiàn)三相電流Ia1、Ib1、Ic1；2#進(jìn)線(xiàn)三相電流Ia2、Ib2、Ic2；母聯(lián)三相電流Ia3、Ib3、Ic3。煤礦供電系統(tǒng)典型案例介紹案例1：12.06.23汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳礦郭家山風(fēng)機(jī)房左圖為汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳煤礦郭家山風(fēng)機(jī)房供電系統(tǒng)圖；

事故前運(yùn)行方式為：進(jìn)線(xiàn)1帶二段母線(xiàn)并列運(yùn)行，1#風(fēng)機(jī)為工作風(fēng)機(jī)。運(yùn)行中35KV雙柳變電所1#進(jìn)線(xiàn)（柳雙線(xiàn)）發(fā)生接地短路，快切裝置成功動(dòng)作，將風(fēng)機(jī)電源切換到進(jìn)線(xiàn)2回路，切換后風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。案例1：12.06.23汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳礦郭家山風(fēng)機(jī)房快切由逆功率啟動(dòng)進(jìn)行了切換，快速合閘成功。逆功率設(shè)定延時(shí)為20ms。動(dòng)作過(guò)程為跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)1回路，合進(jìn)線(xiàn)2回路，由進(jìn)線(xiàn)2帶1號(hào)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。整個(gè)切換時(shí)間167ms。案例2：晉煤集團(tuán)成莊煤礦1號(hào)風(fēng)機(jī)房左圖為晉煤集團(tuán)成莊煤礦風(fēng)機(jī)房供電系統(tǒng)圖，風(fēng)機(jī)由1400KW的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

試驗(yàn)前運(yùn)行方式為：兩段母線(xiàn)并列運(yùn)行，1號(hào)風(fēng)機(jī)處于工作狀態(tài)。試驗(yàn)方法一：人工跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)1對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)，快切裝置由無(wú)流判據(jù)起動(dòng)，自動(dòng)跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)1斷路器，合上母聯(lián)斷路器，由進(jìn)線(xiàn)2回路帶風(fēng)機(jī)運(yùn)行，切換后風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。試驗(yàn)方法二：人工拉開(kāi)進(jìn)線(xiàn)本側(cè)開(kāi)關(guān)4DL，快切裝置由開(kāi)關(guān)變位起動(dòng)。兩次試驗(yàn)都取得了成功。案例2：晉煤集團(tuán)成莊煤礦1號(hào)風(fēng)機(jī)房試驗(yàn)無(wú)流啟動(dòng)錄波圖案例2：晉煤集團(tuán)成莊煤礦