煤矿供电安全可靠性提高解决方案

煤矿供电安全可靠性技术许洪元博士内容提要影响供电可靠性的最主要因素：一次设备故障率、修复时间。提高供电可靠性的常规办法：双电源设计、采用高质量的设备、加强维护。内容提要提高供电可靠性焦点问题：如何快速检测、隔离故障，快速恢复供电。内容提要一、煤矿供电系统（地面）全网速动解决方案二、电源快切技术在煤矿供电系统的应用煤矿供电系统（地面）全网速动解决方案众所周知，电流速断保护不能保护线路全长，需要限时速断保护配合。由于馈线级数多，导致故障切除时间太长，甚至发生越级跳闸事故。另外，母线快速保护在煤矿供电系统还没有引起足够的重视，常见的做法是主变（进线）后备保护负责母线故障的切除，动作时间1.2s~2s，容易引发“火烧连营”，甚至波及主变。中压线路光纤纵差保护两装置通过单模光纤相互连接，实时交换采样信息，采用同步采样，先进的软硬件平台保证在每个采样周期内都能完成数据的采集和传输。中压超短线路纵差保护对于距离小于100米的超短线路，可以采用只有一台主机的超短线路差动（综合）保护，以节约成本。I-Id1MNI1MI1NI2mI2nIJ超短线路纵差保护单相原理示意图中压母线简易母差保护简易母差只接入进线和母联电流，根据这两个电流形成的差流，来判断母线是否有故障发生，所以是一种不完全差动。中压母线简易母差保护简易母差保护的快速性是通过接入出线保护的闭锁节点实现的。如果收不到出线保护的启动信号，则说明故障位于母线，可立即跳闸。这是一个实用化的方案，比较经济，但仍需等待出线保护给出故障信号，需要一定的延时（一般取50ms）。母线弧光保护母线弧光保护的原理是在关柜内部安装弧光传感器，并将光信号转换为电信号传给母线保护装置。为提高可靠性，增加过流检测元件。如检测不到过流信号，则闭锁装置，防止因弧光传感器误报信号而误动作。由于采用了双重检测，弧光保护的动作非常快速，可真正实现零延时动作。35KVII段35KVI段某矿35KV变电站线路光差保护超短线路综合纵差保护线路光差保护弧光或简易母差保护主变压器纵差保护弧光或简易母差保护6KVII段6KVI段矿井6KV变电站6KVII段6KVI段风机房瓦斯站全网速动解决方案内容提要一、煤矿供电系统（地面）全网速动解决方案二、电源快切技术在煤矿供电系统的应用煤矿企业的地面供电现状电压大幅度波动短时间断电电动机退出运行!风机停运，影响安全！晃电！煤矿企业的地面供电现状解决方法一：在进线处安装备用电源自投装置解决方法二：安装自动重合闸装置备自投(ATS)工作过程失压起动(约70%)，经延时跳进线；等母线低于无压定值(约30%)再合母联；失压或无压起动，经延时跳进线合母联；起动慢！合闸慢！备自投(ATS)在煤矿供电应用存在的问题1、煤矿多为旋转负荷，在备自投切换时，母线残压无法很快降低，造成其切换时间长，在恢复送电前，井下风机已经停运；2、无相频检测，冲击电流大，电动机负荷及备用变压器极易受冲击损坏或绝缘老化缩短使用寿命；；3、有可能合于故障，扩大事故范围，甚至造成全站停电；重合闸技术(ARC)的应用重合闸动作有一定的成功率，一般为60%—90%左右；重合闸需要躲过故障去游离时间，合闸延时通常在0.5S以上，当选择检无压重合方式时电压需要低于30%重合闸(ARC)在煤矿供电应用存在的问题1、适用范围比较窄，只能部分解决外部供电线路（且为架空线路）故障的快速恢复供电问题；2、煤矿多为旋转负荷，在发生故障跳闸时，母线残压无法很快降低，造成其重合时间长，在恢复送电前，井下风机已经停运；（检无压方式要等待，检同期方式则无法满足条件）3、冲击电流大，电动机负荷及备用变压器极易受冲击损坏或绝缘老化缩短使用寿命；有风险！合闸慢！解决办法----快切技术对残压变化规律做过深入研究后发现，其实存在三个合闸机会，而备自投只是被动等待到第三个区域即残压切换区域。而能够预判失电，主动利用前二个区域进行切换的技术就是电源快速切换技术。残压切换区域同期捕捉区域快速合闸区域母线残压与备用电源角差母线残压幅值母线电压相角差02π3π100%30%80%20%既快又准的合闸方式—快切基本原理之一AOBEO.2SVSVD△UVS:备用电源电压VD:母线残压△U:母线残压与备用电源之间的电压差母线残压向量变化轨迹图《电力工程电气设计手册》指出：UM1.1Ue1DL2DL1#进线2#进线3DL6kV母线I6kV母线II电动机M电动机MDVMXMVSXSV3DL△U电动机绕组承受的电压UM＝K(Vs-VM)=K△U,其中K＝XM/(XS+XM)简化、等值如能在A－B段内合上备用电源，则既能保证电动机安全,又不使电动机转速下降太多,这就是“快速合闸”。AOBCDEA″A′FO.1SO.2SGVSVD△UAOBCDEA″A′FO.1SO.2SGVSVD△U根据实时的频差和相差变化,捕捉反馈电压与备用电源电压第一次重合点实现合闸.这就是“同期捕捉合闸”！快速合闸判据AOBCDEA″A′FO.1SO.2SGVSVD△U经微积分求极值，可以计算出极限最大合闸角度为63°。实际工程定值：|Δf|快切频差定值: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为开关固有合闸时间）AOBCDEA″A′FO.1SO.2SGVSVD△U以相位差360度（0°）为合闸目标只需整定开关固有合闸时间T即可同捕合闸定值快速启动方式—快切基本原理之二功率方向起动组合判据。1)任一相功率反向2)母线电压小于90%3)经设定延时快切装置4DL1DL电流方向无流起动组合判据。1)进线无流2)频差大于设定值3)电压小于设定值4)经设定延时起动方式金智科技专利技术！频压异常组合判据。1)频率偏离正常值2)电压偏离正常值3)备用母线频压正常4)可经设定延时快切装置4DL1DL电流方向起动方式专为母线带发电机场合开发，同时也适合其它场合。起动方式快切装置4DL1DL保护起动。进线/变压器主保护动作，起动切换低电压起动判据。1)母线失压2)进线无流3)经设定延时变位起动。1)1DL跳开2)进线无流闭锁方式—快切基本原理之三快切装置4DL1DL快切的闭锁快切自检闭锁供电系统异常外部闭锁信号自身故障母线PT断线母线或出线故障开关位置异常后备电源失压工艺或检修方向过流闭锁组合判据。1)任一相功率正方向2)电流大于“方向过流闭锁定值”3)电压低于内部设定值快切装置4DL1DL电流方向金智科技专利技术！事故切换与正常切换—快切的主要功能任一起动判据触发后，装置发跳工作开关命令。确认工作开关跳开后，判断合闸条件，选择快速合闸或同期捕捉合闸方式，发出合令，合上母联，主扇风机恢复正常运行。1DL3DL2DL事故切换正常切换起动触发后，若满足合闸条件，发合备用开关命令。确认备用开关闭合后，发跳工作开关命令。一般用于人工倒闸操作。1DL3DL2DL联切功能：在发合令的同时发出跳其它开关命令，用于减负荷；其它功能母联保护功能：适用于技术改造中原备自投兼母联保护功能的场合。煤矿供电系统快切配置方案110kV1#进线110kV变电站M110kVI段110kVII段110kV2#进线110kV母联#1主变6kVI段#2主变6kVII段6kVI6kVII6kVI6kVIIMMMMM①③②③风机房风机房全面配置、各司其职单母分段MFC5103电源快速切换装置110KV1#进线Ia1、Ib1、Ic1Ua1Ua3、Ub3、Uc3Ua4、Ub4、Uc4110KVI母Ia3、Ib3、Ic3Ua2Ia2、Ib2、Ic21#进线主保护起动快切2#进线主保护起动快切110KV2#进线110KVII母电压（100V/380V可选）：电流（1A/5A可选）：MFC5103M电源快速切换装置110KV1#进线Ia1、Ib1、Ic1Ua1Ua3、Ub3、Uc3Ua4、Ub4、Uc4110KVI母Ia3、Ib3、Ic3Ua2Ia2、Ib2、Ic21#进线主保护起动快切2#进线主保护起动快切110KV2#进线110KVII母I段母线三相电压Ua3、Ub3、Uc3；II段母线三相电压Ua4、Ub4、Uc4；1#进线任一相/线电压，如Ua1；2#进线任一相/线电压，如Ua2。1#进线三相电流Ia1、Ib1、Ic1；2#进线三相电流Ia2、Ib2、Ic2；母联三相电流Ia3、Ib3、Ic3。煤矿供电系统典型案例介绍案例1：12.06.23汾西矿业集团双柳矿郭家山风机房MM快切装置MFC5103双柳矿郭家山风机房6KVI母6KVII母4DL5DL6DL6KVI母35KVI母6KVI母35KVI母3313442433114421642641郭家山35KV变电所652来自柳西110KV变电站柳双线3505来自柳西110KV变电站柳郭线35086318双柳35KV变电所进线1进线2左图为汾西矿业集团双柳煤矿郭家山风机房供电系统图；事故前运行方式为：进线1带二段母线并列运行，1#风机为工作风机。运行中35KV双柳变电所1#进线（柳双线）发生接地短路，快切装置成功动作，将风机电源切换到进线2回路，切换后风机运行正常。案例1：12.06.23汾西矿业集团双柳矿郭家山风机房快切由逆功率启动进行了切换，快速合闸成功。逆功率设定延时为20ms。动作过程为跳开进线1回路，合进线2回路，由进线2带1号风机运行。整个切换时间167ms。案例2：晋煤集团成庄煤矿1号风机房左图为晋煤集团成庄煤矿风机房供电系统图，风机由1400KW的同步电动机驱动。试验前运行方式为：两段母线并列运行，1号风机处于工作状态。试验方法一：人工跳开进线1对侧开关，快切装置由无流判据起动，自动跳开进线1断路器，合上母联断路器，由进线2回路带风机运行，切换后风机运行正常。试验方法二：人工拉开进线本侧开关4DL，快切装置由开关变位起动。两次试验都取得了成功。MM快切装置MFC5103成庄煤矿风机房6KVI母6KVII母4DL5DL母联6KVI母35KVI母6KVI母35KVI母2号35KV变电所主扇II回主扇I回1号35KV变电所进线1进线2案例2：晋煤集团成庄煤矿1号风机房试验无流启动录波图案例2：晋煤集团成庄煤矿1号风机房试验无流启动录波图案例2：晋煤集团成庄煤矿1号风机房试验变位启动录波图案例3：汾西集团110kV变电站（河东、北村）快切应用版权所有，严禁擅自复制、使用或向第三方泄露?山西金智煤电科技股份有限公司结论1、全网速动方案能实现全网（地面）故障的瞬时跳闸，可以大大减轻故障对系统的冲击，还可以解决越级跳闸问题。2、快切技术对提高煤矿供电可靠性有决定性影响，对实现煤矿安全、连续生产有重要意义，值得推广。谢谢