对现代化矿井井下智能供电系统改造的研究

1、前言

煤矿供电系统是关键设施，其安全可靠性对矿井正常运行至关重要。供电系统故障难以避免，一旦出现故障且未能及时准确识别，将对供电和运行产生严重影响，甚至引发事故。建设智能供电子系统，采用智能传感、通信等技术，可以实现智能监测、智能控制、智能分析、智能预警，从而减少人为失误操作，大大降低劳动强度，关键区域可减少人员值守，达到提升安全管理水平的效果。

2、矿井供电系统现状

库车伟晔矿业有限责任公司克孜库坦煤矿矿井设计生产能力0.6Mt/a ，井田面积 8.0821km2 ，共有可采煤层 4 层。经现场调研发现，地面 10kV 变电所未安装电力监控系统；未实现无人值守；矿井高压供电系统未实现智能防越级跳闸保护功能；未实现火灾自动监测与报警功能；未实现巡检故障录波储存、故障分析、智能预警、对用电峰谷电量与能耗统计分析、电能质量监测等功能。

3、建设方案

对地面 10kV 变电所、风井变电所、井下中央变电所、井下二盘区变电所进行自动化改造，通过安装电力监控系统，全面实现遥控、遥测、遥信、遥调、遥试、遥抄六遥功能；同时安装防越级跳闸系统，配合电力监控系统使用。

3.1 系统功能

3.3.1 系统主体功能设计

（1）实时测量与监视功能：主机实时采集各监控分站传送来的数据，并进行实时处理。测量每个回路的 Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、UO、Ia、Ic、I0、P、Q、COS ① 、绝缘电阻、监视开关分合位置、保护信号、有功电量( 计算获得)、无功电量( 计算获得) 等参数。

（2）遥信功能、遥控功能、遥调功能：系统能够采集高低压隔爆开关的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电度、断路器和刀闸位置、保护装置动作信号、事件顺序记录等遥测和遥信量；在系统的保护器，监控通讯分站，系统主机上都可以进行电路的分、合闸操作 , 具有本地控制和远程遥控双重功能。查询并远方整定微机保护装置定值和微机保护装置的自检、动作信息，并可对保护信号远方复归。整定时为了定值设定的安全可靠，分定值预设和定值固化两步进行。在系统的保护器，监控通讯分站，系统主机上可远程在线进行保护定值整定、通讯设置整定等操作。

（3）告警功能、数据统计、查询功能：开关变位告警、保护动作告警、电压电流越限告警、内部异常告警，并有动画图象、文字窗口、声音提示。对不同类别的信息可以设定不同的告警方式，并记录报警地点、起始时间、持续时间和结束时间供用户对设备运行状态或事故原因进行分析。系统具备实时数据、统计数据的存储、查询、报表统计管理功能。

（4） 具有全系统自诊断和自动操作功能：系统应具备自诊断功能，及时发现分站、综合保护器故障，并予以报警，并在组态图中显示出故障点。矿方提供矿井安全紧急预案所需的信息，紧急情况下按照矿方要求的安全预案进行自动操作。

（5）增加瞬时失压保护和用电计量考核系统功能：在供电线路瞬时失压时开关不跳闸断电，解决供电系统闪络、电压大范围波动造成的井下大面积停电问题；欠压保护、失压保护按照开关整定延时时间延时跳闸，实现相应欠压、失压保护。对参与集控改造的变电所建立用电计量考核系统并保证测量准确精度达到电表级，可时时显示某开关 ( 某变电所、全井下) 的某一时刻的用电度数。

（6）远程测试功能：可以在监控主机及监控通讯分站上进行系统内任何一台开关的分励、短路、漏电试验，试验可选作用于跳闸或测试电器线路，返回显示测试结果；远程低压馈点开关的漏电试验应通过保护触点控制漏电试验继电器进行试验，达到在现场通过开关上的漏电试验按钮的结果。

（7）系统具有实时校时和一键复电功能；保证系统内所有智能设备时钟的统一性；因上级电源原因发生大面积停电时，具备一键复电功能。能够设定快速送电预案，在画面上只需按动一个按钮，就可实现带闭锁条件的自动顺序合闸。

（8）系统稳定性及操作安全性

系统应采取可靠的软、硬件措施，确保监测中心数据安全性及监测网络各设备的安全性，系统具有自我检测功能；操作控制与管理应有级别授权，操作对象状态检验、显示和操作结果显示，操作过程数据和状态反馈、图形显示和过程记录，可设置操作限制条件；系统具有多级密码验证，自动屏蔽恶意操作和非法操作；系统执行国家标准，具有开放性，方便与其它系统挂接，同时能与国内主流设备生产厂家产品兼容；系统配置灵活，可以进行扩容和升级。

3.2 防止越级跳闸功能

（1）防止短路引起越级跳闸系统必须覆盖整个井下供电系统所有高压开关和地面所有向井下供电的高压开关( 不能只覆盖变电所间连接线路 ), 确保下级开关下接线路短路不会引起任何一级上级开关越级跳闸，更不能引起地面总开关、35KV 变电站电源侧开关越级跳闸。

（2）系统必须具有防止供电系统电压大范围波动、瞬时失压造成开关跳闸保护的功能。当线路因大功率电动机启动、雷击、短路等造成失压时，开关智能保护器根据失压情况和失压延时整定自动判别，确保瞬时失压时开关不因失压线圈释放而跳闸。

（3）具体参数要求：系统最大巡检周期 ⩽2.5S ；控制执行时间⩽1.5S ；调出整幅画面 85% 的响应时间 ⩽2S , 其余画面≤5S; 系统传输误差 ⩽1.0% ；误码率 ⩽10–8. 。

3.3 智能供电系统主要设备选型清单

（1）调度室：监控计算机：IPC-610L/AIMB-701VG/i7-2600/；煤矿电力监控系统软件：含组态工具软件、监控应用软件；UPS 电源：C2KVA/H4H；摄像仪：DS-2CD2T46FWDA3-IS；三维化电力物联网软件：KJ736；NTP 授时服务器：MA-802/GB；系统接入东风井变电所。

（2）地面变电所：矿用监控分站：KJ357-D；矿用高压开关柜保护：EST-6611；千兆环网闭锁终端：GNBT-6；通讯管理机：KJ736-N；360^∘ 云台旋转智能球机：DS-2DC4423IW-D；多功能电能质量检测：DNX-306；摄像仪：DS-2CD2T46FWDA3-IS。

（3）井下中央变电所：矿用隔爆本安监控分站：KJ357-F(A)；高爆保护器：KRP-6511；低压馈电保护器接入：WZBK-6DG；矿用隔爆兼本安型摄像仪：KBA127G；矿用隔爆兼本质安全型电力监控分站：KJ736-F；矿用隔爆兼本安型防越级跳闸闭锁控制器：KXJ127Z（A）；高爆综合保护装置：DGB-620；低压远程漏电模块：KRP-6L+RS-15-12。

（4）二盘区变电所：矿用隔爆本安监控分站：KJ357-F(A)；高爆保护器：KRP-6511；矿用隔爆兼本安型摄像仪：KBA127G；矿用隔爆兼本质安全型电力监控分站：KJ736-F；矿用隔爆兼本安型防越级跳闸闭锁控制器：KXJ127Z（A）；高爆综合保护装置：DGB-620（含零序电流互感器）；低压远程漏电模块：KRP-6L+RS-15-12。

（5）线缆及辅材：本安接线盒：JHH-4；电源电缆：MVV-3^*1.5 ；通信连接电缆：MHYVP2*3； 矿用网线：MHYV4*2；通信电缆： MHYV1^*4(7/0.52mm ；矿用阻燃光缆：MGTSV-4B。

4、结束语

随着采煤机械化程度的提高，煤矿供配电系统运行的可靠性和合理性显得十分重要。根据对本矿井供电系统的改造与建设，实现矿井“电网”的实施监测控制，保障了矿井供电系统的稳定运行，为矿井安全生产提供了可靠的支撑，显著提高了供电系统性能和智能化水平。

参考文献：

[1] 赵谢辉 . 小纪汗煤矿智能供电系统应用实践［J］. 现代工业经济和信息化，2022,12（11）.

[2] 张铝镓. 曹家滩煤矿智能供电综合管控系统的设计与应用［J］.中国煤炭，2022,48（11）.

作者简介：高瑞（1980—），女，本科高级工程师，现就职于，主要从事煤矿矿井设计工作。