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煤矿电力监控(含防越级跳闸)系统解决方案

    煤矿电力监控(含防越级跳闸)系统解决方案


    厂矿企业电网继电保护的“越级跳闸”问题,造成供电系统大面积停电

    我国厂矿企业电网普遍存在的多级辐射状供电模式,由于延伸级数多,保护配合时限不足,以致保护时限无法配合;同时由于系统容量大、供电线路短,不同级别的短路电流接近,以致保护的电流定值无法配合,为保证系统安全只能牺牲选择性而保证快速性,致使企业电网的继电保护系统普遍存在 “越级跳闸”问题,系统发生短路故障时由于无选择性配合,造成厂矿企业供电系统大面积停电,严重影响安全生产。

    煤矿井下漏电保护的可靠性问题,影响供电系统可靠性

    我国矿井电网采用多中性点不接地或经消弧线圈接地方式,这种小电流接地系统漏电保护的可靠性问题一直是困扰煤矿供电安全的技术难题。当系统发生单相接地故障时,受故障复杂性及保护原理的适用性等因素的影响,漏电保护“误动”、“拒动”现象时有发生,特别是中性点经消弧线圈接地系统,由于受补偿方式及消弧线圈脱谐度等因素的影响,造成漏电保护功能不可靠,影响矿井电网的供电可靠性。

    防越级跳闸系统解决方案

    针对上述技术难题南京弘毅电气自动化有限公司开发了基于网络智能识别的电流保护、改进型零序导纳原理的漏电保护技术,构成厂矿企业电网防越级跳闸系统,从原理上解决了厂矿企业电网的“越级跳闸”问题。

    系统结构

    基于网络智能识别的电流保护技术用于防“越级跳闸”系统。网络互操作,即通过保护装置间的智能通信,实现故障定位。系统由DPR360 F系列数字式保护装置(防爆场所:MPR304S数字式矿用综合保护装置)和KHL127矿用隔爆型电流保护控制器组成,系统结构如图所示:

    注:红色线为电力电缆,黄色线为光纤,黄色箭头为数据流向,d1d2d3d4假设为故障点。

     

    系统原理说明

    运行方式一:分段开关处于分位,母线分列运行

    d1处发生故障:K42K4K11K1保护单元同时启动,装置之间交互信息,定位故障处于K42保护单元处,K42保护单元零时限快速动作。通过装置间信息交互,K4K11K1侦听到K42动作状态标志为有效,则各自维持启动状态但不出口,当K42切除故障后,K4K11K1保护返回,整个故障切除过程, K4K11K1可靠不动作;若K42保护单元正常动作但开关因故未能跳开时,因故障未消失,K4在经过固定时延t(一般按开关固有断开时间设置)后确认为下级开关拒动,则K4置动作状态标志为有效并瞬时出口,K11K1侦听到K4动作状态标志为有效则继续维持启动状态,但不出口。若经过2t后故障电流仍然存在,则系统判断为K42K4开关连续拒动,属于严重事故,此时K11K1同时出口,加速切除故障,最大限度保证系统安全;

    d2处发生故障:K4保护单元零时限快速动作,K11K1侦听到K4动作状态标志后维持启动状态但不出口,当K4切除故障后,K11K1保护返回,保证K11K1在故障切除过程中不动作;若K4开关因故未能跳开时,K11在固定时延t后确认为下级开关拒动,则K11置动作状态为有效并瞬时出口,K1侦听到K11动作状态后继续维持启动状态但不出口,保证了系统的可靠性。

    d3处发生故障:K11保护单元零时限快速动作, K1侦听到K11动作状态标志后维持启动状态但不出口。当K11切除故障后,K1保护返回,保证K1在故障切除过程中可靠不动作;

    运行方式二:分段开关处于合位,母线并列运行,由单条线路供电

    装置自适应系统运行方式的变换,不需要参数调整;K42开关线路经由K2K21K5K6供电;

    d1处发生故障:K42K2K21K5K6保护单元同时启动,装置之间交互信息,系统定位故障处于K42保护单元处,K42保护单元零时限快速动作切除故障,故障切除后K2K21K5K6保护返回,可靠不动作,动作原理同上;若K42保护单元正常动作,K42开关因故未能跳开时,因故障未消失,若分段开关保护跳闸功能投入,则K6在经过固有时延t后确认下级开关拒动,K6置位动作状态标志为有效并跳闸,K2K21K5因侦听到K6动作状态标志不动作。当经过2t时延后故障电流仍然存在时,系统判断为K42K6开关均拒动,属严重故障,则K2K21K5同时出口切除故障,最大限度保证系统安全;若分段开关跳闸功能未投入,则在K42开关拒动时,由K5在经过固有时延t后跳闸切除故障。

    d4处发生故障:K21保护单元零时限快速动作, K2侦听到K21保护动作状态为有效后维持启动状态但不出口,当故障电流消失后K2返回,可靠保证不动作;


    防越级跳闸系统设备配置表

    序号

    设备名称

    设备型号

    用途说明

    备注

    1

    数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    防越级跳闸系统终端设备,实现辐射型配电网络中上下级继电保护的配合,可以可靠、迅速的实现故障的定位,从原理上彻底解决了故障越级跳闸问题。

    一般每台高爆柜配置一台。

    2

    电流保护控制器

    KHL127

    矿用隔爆型电流保护控制器,在防越级跳闸系统中起通信中继作用。

    一般每个变电所配置1台。

    3

    专用零序互感器

    ZMXQ51B

    改进型零序导纳原理漏电保护技术专用高精度零序互感器,

    每台保护配置一只。

    4

    专用光纤接线柱

    JZD-46-G6D7-L2.5/0.5-6FC/6FC

    JZD-48-G6D9-L2.5/0.5-6FC/6FC

    MPR304S光纤通信信号从高爆柜前腔引到后腔。

    每台保护配置一个。根据接线柱孔尺寸选择。

    5

    专用通信光缆

    MGTSV-4B

    MGTSV-6B

    MPR304SKHL127之间进行通信,单模6芯,并根据高爆柜与电流保护控制器之间距离进行定做。

    每台MPR304配置一根。

    6

    保护装置改造配线

     

    如果是改造工程,可以根据原图纸及接线提前成套加工,美观可靠。

    每台保护配置一套,只有改造工程才需配置。

    7

    保护装置安装支架

     

    如果是改造工程,为固定MP304S,需根据实际情况进行定做。

    每台保护配置一套,只有改造工程才需配置。

     

    KJ38煤矿供电监控系统

    系统概述

    KJ38煤矿供电监控系统,是为适应煤矿电网的特殊需求而开发的集保护、测控和通信功能于一体的电站综合自动化系统。系统在设计上采用了较高的软硬件平台,借鉴了地面变电站综合自动化系统成熟的软硬件技术,使系统具有高效、稳定、可靠的特点。

    系统构成

    KJ38煤矿供电监控系统的井下监控部分,包括DPS301M主站自动化监控系统、KJ38-F矿用隔爆兼本安型监控分站和MPR300S系列数字式矿用综合保护装置,实现井下电网的实时监控、继电保护和运行管理等功能。

    系统结构图


    KJ38煤矿供电监控系统设备配置表

    设备名称

    设备型号

    应用范围

    数字式矿用综合保护装置

    MPR301S

    KJ38煤矿供电监控系统的终端设备。适用于煤矿井下3.3610kV高压供电系统,安装于高压隔爆型配电装置内,实现井下高压电网的数据采集、保护测控和通信功能。

    数字式矿用综合保护装置

    MPR302S

    KJ38煤矿供电监控系统的终端设备。适用于煤矿井下3806601140V低压供电系统,安装于低压隔爆型配电装置内,适用于电流型CT,实现井下低压电网的数据采集、保护测控和通信功能。

    数字式矿用综合保护装置

    MPR303S

    KJ38煤矿供电监控系统的终端设备。采用光纤差动保护技术,适用于煤矿井下各种大型设备或重要负荷联络线路,解决了井下设备保护配置在选择性和灵敏性上存在缺陷。装置集保护、测控、通信等功能于一体,是实现煤矿井下电力自动化控制的理想终端设备。

    数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    KJ38煤矿供电监控系统的终端设备。采用零时限智能电流保护实现辐射型配电网络中上下级继电保护的配合,可以可靠、迅速的实现故障的定位,从原理上彻底解决了故障越级跳闸问题。

    数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    KJ38煤矿供电监控系统的终端设备。适用于煤矿井下3806601140V低压供电系统,安装于低压隔爆型配电装置内,适用于电压型CT,实现井下低压电网的数据采集、保护测控和通信功能。

    数字式矿用风机综合保护装置

    MPR392F

    KJ38煤矿供电监控系统的终端设备,实现井下高压风机的数据采集、保护测控和通信功能。

    系列数字式保护测控装置

    DPR300

    适合于地面环境的厂站、变电站综合自动化系列装置,由线路和各种元件保护装置组成,是实现地面电网数据采集、保护测控和通信功能的间隔层设备。

    隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    KJ38煤矿供电监控系统的井下通信管理单元。适用于煤矿井下环境,用于收集终端设备发送的信息,实现网络转发。分站可选配本地监控功能。

    通信服务器

    DPR321CM

    KJ38煤矿供电监控系统的地面通信管理单元。适用于地面环境,收集和转发信息,实现网络管理。

    厂站自动化监控系统

    DPS301M

    KJ38煤矿供电监控系统的主站监控系统。适用于工矿企业变电站、配电网、煤矿井下电力监控自动化系统,实现主站监控功能。

     

    煤矿电力监控及防越级跳闸系统配置实例

    山西某矿是我国七五重点建设项目,是改革开放以来,利用国际能源贷款建成的大型现代化矿井,也是该矿所在地区投产的第一对矿井,设计年生产能力300万吨。

         其井下12个变电所的196台防爆开关需改造更换MPR304S数字式矿用综合保护装置,同时更换原开关的零序电流互感器,采用专用光纤引入装置将保护装置的光纤通信接口引至开关接线腔,采用专用通信光缆将光通信接口与KHL127通信服务器连接。

         为了与井下变电所智能零时限电流保护配合完成防“越级跳闸”功能,地面35KV变电所的630#640#605#607#646#623#608#和南屏山风机房变电所的612#621#出线开关需要更换DPR361LF数字式线路保护装置;同时井下96台低压馈电开关需改造更换MPR392S数字式矿用综合保护装置;10台整流柜需改造更换为MPR302S数字式矿用综合保护装置;10台风机开关需改造更换MPR392F数字式风机综合保护装置。

    每个变电所安装1KHL127电流保护控制器,用于防“越级跳闸”系统通信; 1KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站,用于变电所本地监控及上传地面监控中心;保护装置与电力监控分站采用CAN通信方式;监控分站之间、监控分站与地面监控中心之间采用光纤或以太网通信。

    保护配置表

    1.中央变电所

    中央变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    21

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    MPR302S数字式矿用综合保护装置

    MPR302S

    4

    6

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    7

    DPR361LF数字式线路保护装置

    DPR361LF

    5台(用于35KV出线柜改造)

    8

    专用光缆

    MGTSV-6B

    21

    9

    矿用隔爆兼本安型网络交换机

    KJJ127

    1

    10

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    21

    11

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    12

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24个(馈电用)

    13

    矿用低压电流互感器

    AKH-0.66/4*10

    12个(整流变用)

    14

    保护装置改造配线

     

    21

    15

    保护装置安装支架

     

    21

     

    2.南二变电所

     

    南二变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    18

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    DPR361LF数字式线路保护装置

    DPR361LF

    1台(用于南坪山出线柜改造)

    7

    专用光缆

    MGTSV-6B

    18

    8

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    18

    9

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    10

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24

    11

    保护装置改造配线

     

    18

    12

    保护装置安装支架

     

    18

     

    3.南六变电所

     


     

    南六变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    16

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    DPR361LF数字式线路保护装置

    DPR361LF

    1台(用于南坪山出线柜改造)

    7

    专用光缆

    MGTSV-6B

    16

    8

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    16

    9

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    10

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24

    11

    保护装置改造配线

     

    16

    12

    保护装置安装支架

     

     

    4.南七变电所

     

     

    南七变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    17

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    10

    5

    MPR302S数字式矿用综合保护装置

    MPR302S

    2

    6

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    7

    专用光缆

    MGTSV-6B

    17

    8

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    17

    9

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    10

    10

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    30个(馈电用)

    11

    矿用低压电流互感器

    AKH-0.66/4*10

    6个(整流变用)

    12

    保护装置改造配线

     

    17

    13

    保护装置安装支架

     

    17

     

    5.南八变电所

     

     

    南八变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    14

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    9

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    专用光缆

    MGTSV-6B

    14

    7

    矿用隔爆兼本安型网络交换机

    KJJ127

    1

    8

    矿用本安型广播通信终端

    KT278-Z

    1

    9

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    14

    10

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    9

    11

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    27

    12

    保护装置改造配线

     

    14

    13

    保护装置安装支架

     

    14

     

    6.北一变电所

     

     

    北一变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    17

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    专用光缆

    MGTSV-6B

    17

    7

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    17

    8

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    9

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24

    10

    保护装置改造配线

     

    17

    11

    保护装置安装支架

     

    17

     

    7.北八变电所

     

     

    北八变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    18

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    专用光缆

    MGTSV-6B

    18

    7

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    18

    8

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    9

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24

    10

    保护装置改造配线

     

    18

    11

    保护装置安装支架

     

    18

     

    8.北十变电所

     

     

    北十变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    18

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    专用光缆

    MGTSV-6B

    18

    7

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    18

    8

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    9

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24

    10

    保护装置改造配线

     

    18

    11

    保护装置安装支架

     

    18

     

    9.北九变电所

     

    北九变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    15

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    MPR302S数字式矿用综合保护装置

    MPR302S

    2

    6

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    7

    专用光缆

    MGTSV-6B

    15

    8

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    15

    9

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    10

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24个(馈电用)

    11

    矿用低压电流互感器

    AKH-0.66/4*10

    6个(整流变用)

    12

    保护装置改造配线

     

    15

    13

    保护装置安装支架

     

    15

     

    10.北二变电所

     

     

    北二变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    15

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    4

    5

    MPR302S数字式矿用综合保护装置

    MPR302S

    2

    6

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    7

    专用光缆

    MGTSV-6B

    15

    8

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    15

    9

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    4

    10

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    16个(馈电用)

    11

    矿用低压电流互感器

    AKH-0.66/4*10

    6个(整流变用)

    12

    保护装置改造配线

     

    15

    13

    保护装置安装支架

     

    15

     

    11.北七变电所

     

     

    北七变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    14

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    9

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    专用光缆

    MGTSV-6B

    14

    7

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    14

    8

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    9

    9

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    27

    10

    保护装置改造配线

     

    14

    11

    保护装置安装支架

     

    14

     

    12.北五变电所

     

     

    北五变电所配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    1

    2

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    1

    3

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    13

    4

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    8

    5

    电流保护控制器

    KHL127

    1

    6

    专用光缆

    MGTSV-6B

    13

    7

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    13

    8

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    8

    9

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    24

    10

    保护装置改造配线

     

    13

    11

    保护装置安装支架

     

    13

     

    整个系统配置表

     

    系统总配置表

    序号

    设备名称

    型号

    数量

    1

    KJ38煤矿供电监控系统软件

    DPS301M

    1

    2

    KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站

    KJ38-F

    每个变电所一台,共12

    3

    FYF1遥控发送器

    FYF1

    每个变电所一台,共12

    4

    MPR304S数字式矿用综合保护装置

    MPR304S

    196

    5

    MPR392S数字式矿用综合保护装置

    MPR392S

    96

    6

    MPR302S数字式矿用综合保护装置

    MPR302S

    10

    7

    MPR392F数字式风机综合保护装置

    MPR392F

    20

    8

    电流保护控制器

    KHL127

    每个变电所一台,共12

    9

    DPR361LF数字式线路保护装置

    DPR361LF

    9

    10

    专用光缆

    MGTSV-6B

    196

    11

    矿用高压零序互感器

    ZMXQ51B

    196

    12

    矿用低压零序互感器

    TR2153B

    106

    13

    矿用低压电流互感器

    ZMXQ49

    288个(馈电用)

    14

    矿用低压电流互感器

    AKH-0.66/4*10

    30个(整流变用)

    15

    保护装置改造配线

     

    196

    16

    保护装置安装支架

     

    196