煤矿智能供电设计研究

LOW CARBON WORLD 2017/11

煤矿智能供电设计研究

侯继才(煤炭工业合肥设计研宄院，安徽合肥230041)

【摘要】本文探讨了煤矿智能供电设计内容:智能化供电系统按逻辑功能化分为站控层、间隔层和过程层，系统具有顺序控制、防越级跳闸、高 级应用功能，采用具有实时在线监测电气参数及环境参数的高压智能设备，分析了煤矿智能供配电系统设计选型注意事项，阐述其安全可靠、 运行经济、智能集成的技术优势,表明其在煤矿具有很好的推广应用价值。【关键词】智能变电站;过程层；间隔层;站控层；防越级跳闸【中图分类号】76

TM

【文献标识码

】A

【文章编号】2095-2066(2017)33-0120-02

引言

发展智能电网在欧美国家已经上升到国家战略层面，我 国2010年已经开始着手建设，规划至2020年将全面建成统 一坚强的智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平。煤矿 含有通风机、副井提升机、排水泵等大量一级负荷，供电安全 等级要求特别高。煤矿供电受着特殊环境及工作方式影响，如 井下高温、潮湿、粉尘、有害气体、冒顶、移动供电等会造成矿 井供电事故频发；煤矿井下供电由于供电级数多等各种原因 易发生越级跳闸。煤矿采用智能供电，能够实现无人值守远程 监控，提高可靠性和安全性，防止事故越级跳闸。

按淮南某煤矿初步设计确定的供电方案、结合国家智能 电网的未来发展趋势以及煤矿供电安全可靠性要求，我院为 其设计了地面110

kV智能变电站和智能供电系统。设计依据

主要包括《110(66)耀220kV智能变电站设计规范》、《智能变电

站技术导则》等国家及国网公司标准。

该煤矿110内设2

2.2淮南某煤矿110kV智能变电站简介

kV智能变电站设2回路110kV电源进线，站

台110kV容量为40MVA三卷主变，110kV采用GIS全

10

封闭组合开关开关，其断路器、隔离开关、接地刀采用电动操 作，35于

kV和kV采用具有电动操作机构及电动手车的中置

1智能变电站的概念

所谓“智能变电站”即采用可靠、经济、集成、节能、环保的 设备与设计，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标 准化、信息功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运 行状态可视化等为基本要求，能够支持电网实时在线分析和控 制决策，进而提高整个电网运行可靠性及经济性的变电站[11。

式开关柜，各电压等级均采用单母分段接线。本智能变电站基

IEC61850通信标准，采用分层、分布式网络结构，各层相互

智能变电站设全矿供电调度控制管理中心，各二级变电

独立，其中站控层和过程层采用双网络。主变保护采用双重化 保护配置，其余采用集成化单套保护配置。

所设监控分站，能够实现对全矿井供电系统数据采集、运行监 视、操作控制、智能告警、故障分析，并能与站内外通信。

2煤矿智能供电设计研究

2.1淮南某煤矿智能供电设计依据

2.3智能变电站设计配置

讯技术威力，其基于新型配电网络故障为基础建立在线定位 系统，该系统主要包括检验故障设备、故障指示装置、集成控 制系统以及信息接收装置等。

备、监测设备等，安装接口并且接入光纤通信网，具有遥测、遥 控灯多种功能，提高了电网的整体运行水平；②10

kV配网自动

化系统的安装实现了配电网设备的升级，其在提高了系统整体 运行的安全的同时，也降低了故障的发生率；③自动化系统的 应用，有利于故障的排查，可在短时间内明确故障发生的位置。

3.3馈线自动化系统

10

kV配网馈线自动化系统是依据故障处理方法的差异

分化为集中自动化遥控馈线自动化系统和自动化开关互相配 对的馈线自动化系统。馈线自动化系统的特征为可以及时发 现问题并解决问题，快速恢复电力系统运行。和以往的断电拉 闸方式相较而言，该系统的判断更加准确和灵活，控制方式也 更加有效。

5结束语

综上所述，基于当前的发展现状，10

kV配网自动化系统

kV配网自动化

建设可以为电力企业提供大量的信息资源，也可作为配电运 行、营销和生产的决策依据。需要注意的是，10段实施，逐渐实现配网自动化。

参考文献

的10终端通信网规划探讨[].电力系统通信，

系统建设和规划的周期较长，必须统一规划，将其分为多个阶

4 10kV配网自动化系统工程应用实例分析

某电力公司积极实施配网自动化系统，依据当地的供电 线线路以及配电管理情况建立和安装了 10

kV配网自动化系

统。依据当前的规划现状，该系统主要分为三个层次，为分层 分布式体系，三层结构之间的通信是通过光纤通讯完成。第一 层为主站层，主要功能为1010

kV线路、相关设备的用户用电行

为的监控与管理；第二层结构为子站层，主要功能对采集

kV馈线下终端设备的信息采集；第三层结构为配网测控段

该供电企业在安装了 10

设备层，主要功能为各运行设备的数据采集和状态监测，并负 有故障处理作用。

[1] 杜欣.基于

2011，32(7):1~6.[2] 谢强.10配网自动化系统的规划及效益评估的研究[].电子制 作，2013，14(21)院210.[3] 杨闵，许志华.新兴区域配网自动化的研究与应用[].科技传播， 2011，21(22)院161~162+183.

EPONkVJ

kVJ

J

kV配网自动化系统后，其运行状

收稿日期:2017-8-19

作者简介：熊伟（1983-)，男，工程师，研究生，主要从事配网规划等工作。

态良好，为了当地的经济法发展和人们的安居乐业发挥出了

120

重要作用，其作用主要表现在院①为了原有电网内的开关设

LOW CARBON WORLD 2017/11

2.3.1智能变电站电气一次部分配置

低碳技术

UOkVGIS配置常规电流电压互感器，GIS开关断路

器、隔离开关、接地刀支持顺序控制功能。GIS开关设有SF6气

站内

体密度和微水状态诊断装置，可在线监测各开关气室内压力、 温度和微水含量，能满足一次设备能

站域集控保护、数字集成保护等方式可以轻易解决越级跳闸 问题，保护范围包括地面供电母线出线柜、中央变电所、采区 变电所等，保护装置将保护范围内的出线、进线柜的电流、电

压、断路器开合信号全部采集，当某部分发生故障时，保护装 置通过判断瞬时或短延时准确跳闸，将事故停电范围限制在 最小范围内，防止越级跳闸，减少事故损害程度。

。UOkVGIS开关室配置环境SF6安全监控装置一套，可实

时监测GIS开关室环境SF6、氧气含量、温湿度等数值，当SF6

GIS智能综合分析报警功

气体含量超出标时可自动发出声光报警并能自动启动风机 换气。

站内设2台主变设有载调压开关和电动接地开关。每台 主变设油色谱气体在线监测仪，可在线监控变压器油中含气 量、含水量等。每台主变压器配一个智能组件，具有主变压器 本体、有载开关各种非电量保护跳闸、上传本体各种非电量参 数等功能，非电量保护跳闸通过控制电缆直跳方式实现，智能 组件安装于主变压器本体端子箱内。

35/10

kV系统采用单母分段接线，开关柜采用铠装中置式

金属封闭开关设备，各开关柜断路器、手车、接地开关满足顺 序控制功能要求。

2.3.2智能变电站电气二次部分配置

站控层设备包括主机兼操作员工作站、数据服务器、站控 层交换机、远动主站、网络设备、北斗

/GPS对时设备、智能规

约转换装置、音响报警等装置。站控层采用双重化冗余以太网 络，热备用方式运行，双网双工方式运行，能实现网络无缝切 换。该层通过操作员工作站可以实现对全矿井供电一次设备 运行操作和顺序控制，实现对全矿高压供电设备各电气参数 遥测、设备状态监视、设备故障报警及事故追忆，具有事件顺 序记录、制表打印、时钟同步，自检测和诊断功能。智能规约转 换装置具备将非标准的设备如消防、直流、五防、消孤线圈、无 功补偿等监测信息转换为符合DL/T

860(

IEC61850)标准信

息模型的功能。

间隔层设备主要有继电保护装置、测控装置、电能计量装 置、集中式处理装置等二次设备，间隔层各保护采用直采直跳 方式。主变非电量保护通过各侧开关智能终端直接跳闸，每台

主变保护双套配置，主后保护一体化。110

kV线路保护测控设 备分间隔组屏就地安装在GIS室。35/10kV开关柜保护为常规

跳闸方式，采用智能保护测控合并单元智能终端一体化装置， 装置安装于开关柜内。

过程层设备主要包括合并单元、智能终端、智能开关设备 及过程层网络设备等。主变各侧开关配置相互独立的2套合 并单元和智能终端，以满足主变双重化保护要求，各电压等级

GIS的其它开关单重化配置，合并单元和智能终端就地安装在

汇控内或开关内。

2.4防越级跳闸

矿井供电系统包括地面各级车间变电所及井下中央、采

区、各水平等变电所，整个供电系统接线采用多级放射式，具 有多级供电和线路长度较短的特点，对传统的保护整定配合 带来很大困难，即短路保护整定灵敏度不足需要采用限时速 断保护，由于上级区域变电站给出的过流时限限制及各级变 电所上下级时限差的累计，最后导致过流时限根本无法配合，

At如图1。假设上级电力公司区变过流时限为t1=1s

，时限级差为

=0.3s，经过高压侧、主变低后备(st2、t3=0.7s)、母线出线（t4、 5=0.4s)、井下中央变（t6、7=0.1)、采区变过流（t8)已没有时限 了，t6、7=0.1s比限时速断时限还小，极易发生越级跳闸，扩大

事故停电范围。这是矿井发生越级跳闸主要原因，另外还有4 种原因及其解决方法丁静波在《煤矿供电越级跳闸问题解决 方案研究》121中都有明确的分析阐述，这里不再分析。因此目前 利用智能供电网络技术，采用光纤短差保护、集中闭锁保护、

图1上下级时限配合

3与传统变电站技术经济比较

智能变电站相比常规变电站投资，主要在于一次设备增

加实时在线监测的传感器，电子式互感器价格较高，各高压侧 及主变间隔设合并单元及智能终端，监控系统各层增加网络 交换机等，但可以减少90豫的二次控制电缆，总投资略多。以 本次设计淮南某矿为例，采用智能化保护监控系统增加投资 60万元，变电所总投资约为2800万元，增加费用占总投资的 2.1豫，占比不大。但随着设备技术成熟及产能扩大，上述设备 价格将会大大降低。

4设计几点注意事项

智能变电站具备很多新的功能及优点，但还存在技术不

很成熟的地方，加上煤矿供电安全可靠性要求高，因此在煤矿 智能变电站设计及设备选型时应注意以下几点：

(1)

安全可靠性原则：以现有国家规范为依据，充分评估

各种新技术、新设备的应用风险，以技术成熟、安全可靠为前 提，不过分追求先进性，设计采用已经完成挂网运行或权威技 术鉴定的产品，以保障变电站建成后能安全可靠、高效稳定、 低碳经济地运行。

(2) 经济实用性原则：根据变电站电压等级、建设规模、需

求等要求，进行技术经济论证，设计出技术先进经济合理的智

能变电站。

(3) 国家标准适当提高原则：本设计考虑煤矿供电安全可

靠性要求较高特点，国家规范规定“宜”部分按高标准配置设

计。如GIS开关的微水状态诊断装置、主变的油色谱气体在

线监测仪、主变双重化保护配置等比国家标准要求较高要求

设计。

5结IEC论61850是新一代变电站自动化系统的国际标准，是至

今为止最为完善的变电站自动化标准，采用此标准可以大大 提高变电站自动化智能化水平、提高变电站安全稳定运行水 平，实现设备完全的互换性及互操作性，节约运行维护的人力 物力，减少设计二次接线设计工作量，具有大力推广意义。参考DL文献

[1] 《智能变电站设计技术规定》(/T

5510-2016)[].[2] 丁静波.煤矿供电越级跳闸问题解决方案研究[J

S

].煤炭科学技术， 2014,24(2)：63~67.

收稿日期:2017-8-14

作者简介：侯继才（1977-)，男，安徽临泉人，高级工程师，学 士，从事电气设计研究工作，研究方向煤矿智能供电及矿井电 气自 动化。

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