矿井供电监控系统

矿井供电监控系统（精选10篇）

矿井供电监控系统 篇1

摘要：为了确保实现杏花煤矿综合自动化全面实施, 作为煤矿重要系统之一的供电系统需满足自动化要求, 因此在对杏花煤矿作自动化设计同时, 对其高、低压开关进一步改造提出建议。

关键词：矿井供电,监控系统,改造

0 引言

杏花煤矿变配电监控系统包括:地面6k V变电站监控系统、井下中央变电所监控系统、东一采区变电所监控系统及中一采区变电所监控系统。为了确保实现杏花煤矿综合自动化全面实施, 作为煤矿重要系统之一的供电系统需满足自动化要求, 因此在对杏花煤矿作自动化设计同时, 对其高、低压开关进一步改造提出建议。

1 地面6k V变电所监控系统

地面6k V变电所已经改造, 淘汰了旧设备, 选用了新高、低压开关设备。因此结合变电所实际及自动化技术要求, 设计一套地面6k V变电所监控系统。

1.1 技术要求高压开关要求:

能够提供电压、电流等电气参数信号;提供高、低压开关柜分合闸状态信号;具备可实现远程操作的功能。

1.2 监测、监控内容监测高、低压开关状态;

监测每个高压回路, 电流、电压等电气参数;具有远程操作功能 (地面6k V变电所原则不允许远程控制, 在设置操作权限后, 可以做到远程监控) 。

1.3 系统方案地面6k V变电所监控系统可以考虑3种方案。下面就改造方案作一阐述。

第一种方案:配置高压综保、采用通讯接口方式高、低压开关配置智能微机综合保护单元 (综保) , 综保可采集电压、电流等电器参数, 监测开关运行状态。综保带有R S485接口, 提供标准M O D B U S协议, 通过R S485转以太网设备、光缆等, 将综保与工业以太网交换机连接, 实现数据上传至调度中心;R J45接口, TC P/IP协议。

第二种方案:采用硬结线方式采用PLC控制系统。电压、电流等模拟信号通过硬结线接至PLC, 高压开关分合闸状态信号也通过硬结线接至PLC, 由PLC完成数据采集。选用西门子公司S7-300PLC, PLC配置C P343-1以太网通讯模块, 与工业以太网交换机连接。通过地面光纤环网, 将数据传至调度中心。

第三种方案:配置电量采集模块监测、检测高、低压开关状态及电气参数高压开关通过电力监测模块和分布式ET200M I/O模块, 完成各柜的电参数检测、合分闸控制与开关量参数检测, 低压进线开关通过ET200M I/O, 完成状态参数检测及进线柜的合分闸控制。高压开关选用PM M 2000电力监测模块。选用西门子公司S7-300PLC, PM M 2000电力监测模块、ET200MI/O通过Profibus-D P现场总线与PLC通讯;由PLC完成现场数据采集、上传。PLC配置以太网通讯模块, 与工业以太网交换机连接。通过地面光纤环网, 将数据传至调度中心。电力监测模块、ET200M安装在PLC柜内。

以上3种方案, 第一种方案方便易行, 造价不是很高, 但杏花煤矿6k V变电所高、低压开关已经改造完, 再进行二次改造比较困难, 且通过R S485转以太网设备, 通讯效果不好;第二种方案虽然为传统控制模式, 但可靠性高, 方便易行, 目前杏花煤矿6k V变电所设备适合这种方案;第三种方案采用现场总线方式, 可靠性高, 但工程改造复杂, 成本也高。经比较选用第2种方案。

2 井下中央变电所监控系统

杏花煤矿井下中央变电所与中央泵房在一个硐室, 二者监控系统设计为一个整体。现在中央变电所高压开关还是手动操作产品, 杏花煤矿这次技改工程, 即将更换新型设备。为了保证中央变电所实现自动化监控, 特对中央变电所设备改造及实施自动化工程提出技术要求, 并作出相应实施方案。

2.1 技术要求高压开关要求:能够提供电压、电流、有功功率、

无功功率等电气参数信号;提供高压开关柜分合闸状态信号和控制高压开关远程集中控制的接入端子;具备可实现远程操作的功能。

2.2 监测、监控内容监测高、低压开关状态;监测每个高压回路, 电流、电压等电气参数;具有远程操作功能。

2.3 系统方案井下中央变电所高压开关柜配置综保, 带有R S485接口, 提供标准M O D B U S协议;

通过在井下主排水PLC配置C P341模块, 将综保接入PLC, 有PLC完成高压开关电力参数采集;通过井下光纤环网, 将电力参数上传, 能够在矿调度中心实时监测电压、电流、有功功率、无功功率。

3 采区变电所监控系统

杏花煤矿采区变电所包括东一采区变电所、中一采区变电所。东一采区变电所矿用隔爆型真空配电开关, 已经更换为河南省济源市防爆器材有限责任公司产品, 中一采区变电所即将更换。新设备在电量采集、显示等功能有了较之以前有很大提高, 但没有提供通讯接口, 而且防爆壳没有外接喇叭口, 由此看来, 目前采区变电所不能实现自动监控。但考虑杏花煤矿今后综合自动化扩展, 作出了以下技术要求, 预先设计了采区变电所监控系统。

3.1 技术要求高、低压防爆开关要求:

能够提供电压、电流、电量等电气参数信号;提供高、低压开关柜分合闸状态信号;高压防爆开关可实现远程操作的功能, 低压防爆开关实现远程操作。变电所高压防爆开关配置综合保护装置, 能够实现电压、电流、有功功率、无功功率等电气参数采集;配置综保装置, 对外提供至少一个R S485通讯接口, 采用标准M O D B U S通讯协议;高低压防爆开关具有电动操作机构。

3.2 主要设备东一采区变电所、中一采区变电所矿用隔爆高、低压开关。

3.3 监测、监控内容矿用隔爆高、低压开关状态、故障状态, 电压、电流等电器参数。

高压防爆开关可实现远程操作的功能, 低压防爆开关实现远程操作。

3.4 系统方案可以考虑3种方案。

方案一变电所高压隔爆开关配置综合保护装置, 能够实现电压、电流、有功功率、无功功率等电气参数采集;配置综保装置, 带有R S485通讯接口, 采用标准M O D B U S通讯协议。通过R S485转以太网设备、光缆等, 将综保与工业以太网交换机连接, 通过井下光纤环网, 实现数据上传至调度中心;R J45接口, TC P/IP协议。

方案二采用PLC控制系统。电压、电流等模拟信号通过硬结线接至PLC, 高压开关分合闸状态信号也通过硬结线接至PLC, 由PLC完成数据采集。选用西门子公司S7-300PLC, PLC配置C P343-1以太网通讯模块, 与工业以太网交换机连接。通过井下光纤环网, 将数据传至调度中心。PLC配置于矿用隔离防爆柜, 输出本安信号。

方案三采区变电所高压隔爆开关柜通过PM M 2000电力监测模块和ET200M I/O分布式I/O模块, 完成各柜的电参数检测、合分闸控制与开关量参数检测, 低压进线通过ET200M I/O, 完成状态参数检测及进线柜的合分闸控制, 全部开关柜设计成为能可靠接入自动化系统的智能柜。控制站选用西门子公司S7-300 PLC, ET200M I/O站及PM M 2000电力监测模块通过Profibus-D P总线接入PLC, 完成变电所高低压开关的监控功能。PLC配置以太网通讯模块, 与工业以太网交换机连接;通过地面光纤环网, 将数据传至调度中心。PLC配置于防爆柜, 输出本安信号。

以上3种方案, 第一种方案中, 由于杏花煤矿采区变电所高、低压开关已经改造完, 另配置综保设备比较困难, 且通讯效果不好;第二种方案实施, 采用硬结线方式, 可靠性高, 成本低, 但也涉及高压防爆隔离开关问题;第三种方案采用现场总线方式, 控制技术先进, 可靠性强, 但也涉及到高压隔离防爆开关改造问题, 且成本也高。因此, 采区变电所方案具体采用, 需根据矿方设备再次改造再定。

矿井供电监控系统 篇2

机电科

2018年5月30

日六矿二号井关于开展2018年矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统安全专项活动总结材料

六矿二号井关于开展2018年矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统安全专项活动规划.....................................................3 机电一队自查总结...............................................7 机电科检查情况汇总及总结.......................................8

六矿二号井关于开展2018年矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统安全专项活动规划

为认真贯彻集团公司《关于开展2018年矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统安全专项活动的通知》，落实“安全第一，预防为主，综合治理”方针。为认真做好2018年煤矿机电安全工作，进一步巩固矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统运行可靠性，消除不安全隐患，确保供电系统和防排水系统的安全可靠运行，平安度夏。六矿二号井结合新规程对矿井地面供电和煤矿主排水系统开展了专项自查活动，现将本次安全活动规划如下：

一、组织机构：

组

长：刘学军（机电副矿长）副组长：丁红伟（机电科长、副总）

成员：王凌云（高级工程师）

孙彦鹏（机电科副科长）

陈

超（主管技术员）

王

蕾（机电科科员）

刘彦军（机电一队队长）吴保安（机电一队书记）

成员：李军克

祁喜亮

赵东阳

李宏岩

孙中生

冯国涛

何梦祥

聂文杰

二、活动时间： 1、4月30日至5月1日为机电科和机电一队宣传、发动阶段 2、5月2日至5月10日为机电一队自查、自纠阶段 3、5月11日至5月21日为机电一队整改、机电科检查阶段 4、5月22日至6月10日为机电科复查阶段

三、检查地点：

地面变电所、中央水泵房、—450水泵房

四、活动方案

1、召开安全活动专项会议，为保证矿井地面供电和煤矿主排水系统安全运行，学习《关于开展2018年矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统安全专项活动的通知》，按照《煤矿安全规程》、《关于印发〈平煤股份公司机电设备日常维护和周期性预防检修的管理规定〉》（平煤股份〔2017〕9号）、《关于印发〈平煤股份公司煤矿机电运输技术管理规定〉的通知》（平煤股份〔2017〕58号）、《关于印发〈平煤股份公司矿井供用电管理规定〉的通知》（平煤股份〔2017〕12号）、《关于印发〈平煤股份公司煤矿机电运输系统安全评价考核办法〉的通知》（平煤股份〔2017〕48号）及煤矿机电安全质量标准化要求，健全各种管理制度。各种管理制度要在机电科（区）存档，并有专人保管，并在会议上设立组织机构和明确检查范围及内容。

2、机电一队对照文件要求，认真组织自查，并将自查结果报机电科，同时组织操作司机利用检修时间重新熟悉认识本岗位设备性能、操作步骤及有关专业知识，有专业性的组织进行培训工作并考试；机电科、机电一队干部职工学习应急处置方案，加强管理人员应急处置能力。

3、机电一队自查结束后整改上报，由机电科牵头，机电一队管理人员配合，对矿井地面供电和煤矿主排水系统进行全面检查。检查问题严格按照要求进行整改。

五、检查内容：

（一）地面供电系统

1.积极开展地面架空线路、高压电力电缆及电缆头的定期试验、检测、巡察、清障及维护工作，发现隐患及时处理，详细填写记录，在机电科（区）存档，并有专人保管，杜绝倒杆、断线及电缆或电缆头失火等造成矿井大面积停电事故。

2.开展变电站（所）防雷设施隐患排查活动，重点检查站内避雷针、接地网、接地引下线等防雷设施。

对电气试验及防雷设施的试验报告、试验记录进行全面自查，检查是否存在漏试、试验不合格、试验超期等现象。

对站（所）内避雷针、接地网接地电阻进行一次全面试验，掌握最新试验数据，对不合格的采取有效措施，确保接地电阻在合格范围内。

3.对中性点引出的35kV变压器，采取绝缘加强措施，使中性点外引接线柱绝缘得到加强。

4.针对频繁活动的雷雨天气加强应对，加强变电站（所）的值班和防洪排水工作，变电站（所）门前排水沟及低洼处无积水。

5.变电站（所）针对雷电灾害可能造成的一段母线失压、主变失压、全站失压等事故，做好应急预案，以利及时恢复供电。

6.变电站（所）综自保护及后台监控系统运行是否正常，保护项目是否完善，定值是否合理，值班工是否能熟练操作。

7.对外转供及家属区供电要加强管理，避免夏季用电高峰影响生产用电安全。

8.35kV及以上变电站供电的供电系统管理工作要特别强调做好以下3点：

（1）对全站停电造成的大面积停电应急预案应认真查漏补缺，保证预案的可操作性，根据实际情况及时修订完善、补充应急救援预案内容，保证应急备品备件数量，并认真落实演练计划。

（2）35kV电缆线路必须加强电力电缆及电缆头的定期试验、定期测温及绝缘检查工作，电力电缆及电缆头宜定期更换或采用在线监测装置。

（3）必须定期开展供电系统安全评价活动，发现危险源与隐患，认真分析与排查，落实供电系统安全治理整顿项目，积极采取措施消除重大设备缺陷和安全隐患。

9.变电站（所）馈出6（10）kV线路中尽量减少电缆头的使用数量，电缆线路中宜使用冷缩电缆头，对在用电力电缆及电缆头应进行定期试验、绝缘检查和维护。

10.变电站（所）值班人员必须按岗位要求配置，主值班人员应熟悉变电站（所）及上下级的主结线方式和运行方式；掌握辖区内变电站（所）运行情况，熟知运行操作规程和运行管理规程；熟练变电站（所）内倒闸操作，负责供电检修安全措施的装设和拆除。检修工作负责人应熟悉辖区供电系统运行情况，掌握工作票的填写、申请、审批程序，熟知供电检修规程；落实安全技术措施，负责向检修工作人员传达注意事项，严把检修质量关。

（二）煤矿主排水系统

1.加强对煤矿主排水系统的检修维护工作。各单位按照《煤矿安全规程》对供电系统、水泵、主排水管路、安全保护装置、设备防护装置进行全面排查，确保主排水系统的安全运行。

2.加强对主排水泵房高低水位监测，定期倒台，在满足安全前提下，确定最高安全排水水位限值，将最低水位压至距水龙头500㎜。雨季涌水量增大时期，保持低水位运行。

3.结合矿井综合自动化建设规划，有计划地建设使用先进、可靠的监控系统、从本质上提高主排水系统运行的可靠性。已有的系统必须管好、用好，加强巡检，制定应急措施，保证排水系统安全可靠运行。

4.水仓、沉淀池、吸水小井和水沟中的淤泥，应及时清理，雨季前必须清理完毕。主要水仓有效容量符合《煤矿安全规程》要求。

5.井底车场防水闸门必须灵活可靠，并根据《规程》要求，进行关闭试验，关闭闸门所用工具和零配件必须专人保管，专地点存放，不得挪用丢失。

6.主排水设备安全检测检验严格参照《关于印发〈中平能化集团大型机电设备新购和大修（改造）后检测检验实施办法〉的通知》（中平〔2011〕166号）、《转发豫工信煤〔2012〕550号文关于进一步加强煤矿重点设备的安全检测检验工作的通知》（中平办〔2012〕98号）等规定进行。在雨季前做好水泵性能测试和水泵的联合试运行。

机电一队自查总结

根据矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统安全专项活动要求，机电一队认真开展自查活动，我队组织人员对地面变电所、中央水泵房、—450水泵房进行全面排查，排查出的隐患8，已整改7条，正在整改1条。

地面变电所：

1、地面变电所停送电操作票填写不详细（应写明施工名称及停送电设备名称及影响范围）。已整改

2、外墙电缆槽上口应封堵防鼠。已整改 中央水泵房：

1、消防沙数量不足。已整改 2、3#水泵无包机牌。已整改 3、1#水泵报警装置动作不灵敏，开关位置需调整。已整改

4、水仓口处堆放杂物需清走。正在清理-450水泵房：

1、泵房内排水管路一处垫子漏水。已整改

2、泵房内杂物多，需要清理。已整改

机电科检查情况汇总及总结

根据矿区及矿井地面供电和煤矿主排水系统安全专项活动要求，机电科人员与机电一队管理人员配合进行了全面排查，排查出的隐患8条，已整改8条。

地面变电所：

1、接地电阻测试记录试验人员未签字。已整改

2、预防性电气试验已做，报告未回。已整改 中央水泵房：

1、水泵性能测试已做，报告准运证未回。已整改

2、中央泵房水位报警不灵敏。已整改 3、1#水泵转动部位护罩未固定。已整改-450水泵房：

1、水泵性能测试已做，报告准运证未回。已整改 2、1号泵基础地鼓，需调整。已整改

3、消防沙数量不足。已整改

通过本次安全专项活动的开展，六矿二号井地面供电及主排水系统安全可控，虽然在生产设备、作业环境及安全管理等方面暴露出一些问题，但不存在上等级的隐患。在今后的工作中要做好以下几个方面：

1、继续加强安全管理：做好周期性检修和停产检修工作，明确检修周期、检修标准和检修责任人，严格考核，确保设备的安全稳定运转。认真抓好岗位人员规范操作，推行好手指口述、岗位达标、工序达标和安全确认。很抓干部作风转变，严格落实干部上岗制度，坚持重大检修项目干部跟班、部门或战线领导督察，确保矿井安全生产。

2、继续深入开展职工技术培训。不断深入开展规程学习和培训，开展技术比武、岗位练兵活动和导师带徒活动，加大职工培训的力度和针对性。

3、继续宣传活动精神，确保在恶劣天气情况下矿井机电设备安全可靠运转，并设立应急救援小组，确保在特殊情况下能够保证矿井提升系统和主要通风机系统可靠运转。

矿井供电监控系统 篇3

关键词：矿井；高压供电系统；漏电保护

在当前矿井下的高压供电系统中，存在选择性接地保护无法正常运行的问题，给供电网和生产安全造成了不小影响。因此，需对高压供电系统选择性漏电保护进行全面深入的研究分析。以提升矿井供电的安全性和稳定性。

一、矿井高压供电系统选择性漏电保护设计原理

就井下实际情况而言，综保装置是最为常用的保护装置，其可以在过载、漏电、短路等多种情况下发挥出可靠的保护作用。对综保装置而言，选择性漏电保护仅仅是其中的一个构成部分，也是一个功能单元，其不仅和综保装置的其他部分高度兼容，也可以独立发挥作用。相较于继电保护而言，继电保护常用电流、距离和差动等保护，无法实现漏电保护，其功能较为单一，具有不同分类，综保装置的功能更加丰富，保护功能全面性更强。

根据系统构成而言，其可以划分为人机通道、后向通道、前向通道以及微机模块四大部分。其中系统核心是微机模块，与数据相关的分析、计算、检测和处理等环节都是由该模块进行。开关量输入和模拟量输入是构成前向通道的两个主要部分，其包含了过载保护、短路保护、电流监测、电压监测等多个功能单元。值得注意的是，选择性漏电保护功能单元也在前向通道中。后向通道的主要作用时对微机模块产生的控制信号进行传送，从本质上看，其属于开关量接口。

二、矿井高压供电系统选择性漏电保护硬件设计

（一）设计概述

设设计矿井高压供电系统选择性漏电保护的硬件时，首先需要明确基本的硬件电路图。就结构而言，相位比较、零序电流和零序电压这三条回路是硬件设计的基础与核心。其中，零序电压回路又可以被分拆为两个回路，一个回路是由VTI隔离变压、整流电路、中断电路、V/F转换电路等组成的。该回路的主要作用是产生可供微机系统检测的频率信号以及漏电中断信号。另一个回路主要是由VT2隔离变压、移相电路、五次谐波电路等组成的，其主要作用是提取零序电压产生时的五次谐波，将相位移动和零序电流回路的信号作出比较。

（二）整流回路、滤波回路以及中断回路

零序电压的变化比较灵敏，为了确保可以对其进行精准灵敏地检测，需要设计精密的全波有源整流电路。该电路主要是由QI三极管、放大器和电阻共同组成的，其中放大器有OP1和OP2两个。该电路可以对电压进行十分精密的整流，电压级别可以达到毫伏级。在经过整流和滤波两个处理环节之后，零序电压U0可以进入到集成比较器中，和预先设定的参考电平进行比较，进而发出中断信号。该中断信号经由光电耦合器被传送到CPU出进行命令执行。

（三）V/F转换电路

在硬件设计当中，V/F转换电路是构成零序电压一条回路的重要部分，和微机系统相比，V/F转换电路相当于A/D电路，其主要是将直流模拟电流在前向通道中转换为微机系统就可以检测到的频率信号。在本次设计中，主要是利用LM331转换芯片构建V/F转换电路。

（四）五次谐波电路

在选择性漏电保护中，零序电压回路的分支电路需要实现五次谐波提取的功能。基于此，需要对五次谐波电路进行完整设计。在设计之初，需要明确两个基本设计原则。第一是确保谐波信号增益量足够大，能够被进行五次提取。第二是彻底衰减其他频率，弱化其在提取谐波信号时产生的干扰。根据实际组成而言吗，五次諧波电路主要可以分为三个部分，即带阻滤波器、带通滤波器和选频放大器。

带阻滤波器的主要作用是对谐波信号中的基波成分进行抑制，而基波频率为50Hz，所以带阻滤波器的中心频率也是50Hz。

对带通滤波器而言，其主要的作用是对五次谐波之外的其他频率进行抑制，避免这些成分被提取。根据其他频率信号的性质，带通滤波器的中心频率确定为250Hz，在这一限制下，就可以实现五次谐波通行，而其他成分抑制的效果。

选频放大器的主要作用是对五次谐波进行放大，其和带通滤波器一样，中心频率也为250Hz。为了符合保护系统处理谐波的基本要求，选频放大器的品质因素必须大于16，而且可调。其电感特性应当通过有源网络进行模拟，谐振增益需达到40dB。

三、矿井高压供电系统选择性漏电保护软件设计

软件设计的流程一般可以分为七步，第一是对Ue值是否超过硬件整定值进行检测。第二是向微机系统发出中断申请。第三是微机系统对Ue选择检测通道。第四对Ue值是否超过软件的整定值进行判定，如果没有超过，直接跳转确认为未漏电，如果超过，则继续执行下一步程序。第五，在Ue超过软件整定值的基础上，检测谐波比相信号。第六，对检测结果进行分析，如果判定没漏电，则跳转确认未漏电，如果超过则执行下一步。第七，在Ue值超过软件整定值的基础上，执行对应的漏电保护程序。

通过上述步骤不难看出，进行选择性漏电保护时，软件系统需要对Ue值进行两次判定。第一次是和硬件整定值进行对比判定，第二次是和软件整定值进行对比判定，只有在两次判定都超标的情况下，漏电保护程序才会执行对应的保护程序。需要注意的是，漏电保护程序的执行是通过中断触发的形式启动的。在通常情况下，综保主程序以及对应子程序是由CPU执行的，在检测和显示各个功能模块的输入信号的基础上，明确来自零序电压分支电路的中断申请之后，CPU才能展开漏电判定和中断服务。

此外，还需注意保护动作的灵敏度以及上下级配合。动作灵敏度直接关系到漏电保护的及时性，灵敏度越高，保护动作越迅速。而上下级配合需要遵循逐级原则，协调灵敏度和动作时间，并按照阶段原则选择短路功率以及整定值的方向对选择性进行保护。

结束语：

在矿井生产中，供电系统的安全是十分重要的，一旦发生漏电问题，不仅会对相关设备造成重大毁损，还可能导致人员出现伤亡。因此，需要对高压供电系统的选择性漏电保护进行深入研究。由于综保装置融合了多种功能，漏电保护作为其中的一个构成部分，需要从其独立性出发，加强硬件设计和软件设计，切实实现选择性漏电保护的功能。

参考文献：

[1]李白羽，兰立伟.高压供电系统漏电保护装置在矿井下的应用[J].仪器仪表用户，2011，03：50-52.

[2]张豪，王燕丽.煤矿井下高压供电系统漏电保护技术研究与应用[J].煤炭与化工，2015，04：96-98.

矿井供电系统分析 篇4

我公司是一个百年老矿, 井深巷远, 供电系统复杂。全公司有35kV变电站3座, 井上变电所9个, 井下变电室30个。随着井下生产工作面的不断向深部延伸, 不断增多的供电设备及电缆, 星罗棋布相连构成了错综复杂的供电网络;同时, 由于地质条件变化以及挖潜工作的开展, 巷道变形严重, 供电设备受到威胁, 供电事故极易发生, 除影响生产外, 引起瓦斯和煤尘爆炸的机率也会加大。因此, 对供电系统现状进行分析, 查找不足, 并采取相应措施对提高供电系统的安全性和可靠性尤为重要。

2 地面变电站的现状

变电站全面升级改造获得成功, 把传统继电保护改造成微机型综合继电保护, 实现了微机监测, “五防“功能智能化, 可视化监视系统, SVG无功补偿装置投入, 基本可实现自动化。虽然有些功能受各方面影响没有使用, 但整体上可以说是一次技术革命。

3 井下供电系统存在的问题

3.1 供电系统设计不够规范。

我公司高压供电系统, 随着生产区域向深部延伸, 变电所数量不断增加, 电缆长度增加, 系统显得很复杂, 但从整体看, 有的变电所已失去使用价值, 随着巷道开掘电缆也可以走捷径而缩短距离。低压系统的供电设计缺乏统一性、全面性, 各单位间设计重复与脱节现象时有发生, 造成设计不规范。不仅如此, 现场安装过程中随意性也很大, 存在着实际安装与供电设计不一致的现象。我们知道, 对于整个矿井供电系统的设计而言, 规范设计必须严格符合安全、合理且经济的相关要求, 然而在实际安装过程中, 大部分单位往往抱着这样一种态度———电缆尽量使用截面大的, 尺寸长的, 开关使用容量大的, 造成既不合理又不经济, 甚至由于保护整定不准确而变得不安全的综合性问题层出不穷。

3.2 井下部分变电洞室存在隐患。

随着生产的需要不断挖潜开采, 部分变电室顶板来压、底鼓, 片帮, 使供电设备歪斜, 检修间距不够;无人值守的变电室有的门受压变形不能上锁;有的变电室有滴水, 地面集水, 设备外壳受腐蚀, 线腔受潮发霉;这些都是供电设备安全运行的较大隐患;有的6米长以上的变电室由于特殊原因留一个出口, 不符合规程规定。

3.3 现有低压供电方式不适应长距离供电。

近年来, 随着采掘机械化程度的提高, 达千米长走向的工作面逐渐增多, 大功率设备不断增加, 这样给工作面供电增加了困难, 如超长距离供电, 会使开关保护范围达不到要求, 大功率设备启动不了。现在采取加固定变压器尽量靠近工作面的方法很难达到要求。因为风道、运道受不断变化的地质条件影响高低不平, 且压力不断变化, 巷道不断变形, 采取移动变电站深入采区的方法有一定困难。

3.4 井下电缆环境存在安全隐患。

电缆吊挂煤矿安全规程有明确的规定要求, 但我公司受自然条件影响, 部分巷道及斜巷受压断面及高度不够, 造成电缆吊挂距地面高度、间距不够, 且经常由于冒顶而埋压电缆, 电缆的安全环境受到一定威胁, 增强了日程维护的困难。

3.5 井下接地系统状况不太好。

矿井老化, 巷道深远, 接地系统也是错综复杂, 由于各种原因有的接地线、接地极腐蚀较严重, 接电线的连接、截面不符合规定现象还存在。

3.6 局扇供电的管理规定落实不好。

关于局扇管理集团公司以及我公司, 都有非常严格的管理规定。但在实际生产过程中, 由于供电原因瓦斯积存事故还是不能避免。原因大概有三种情况:一是有的用电单位不能坚持每班对自动切换装置进行试验, 一旦其中一台局扇停电或自动切换装置出现故障, 就会造成停风事故;第二种情况是供电单位及用电单位对局扇供电设施定期检验坚持不好, 不能保证两趟供电线路和馈电开关处于完好状态。第三种情况, 对开关 (馈电开关和磁力起动器) 保护整定不认真, 整定大不易及时发现故障而使故障扩大化, 整定小风车启动时掉电门。

3.7 工人较严重的电气习惯性违章还存在。

设备失爆现象还没完全杜绝, 设备防爆工作是煤矿的一项重要工作, 虽然不会产生明显效益, 但对安全保证具有重大意义。例如:在矿用隔爆防爆电气设备的检修中是不允许带电打开隔爆外壳的是规程规定。一些隔爆电气设备设有闭锁装置, 人为不打开闭锁, 带电时是打不开盖的, 但井下隔爆开关是采取接线腔和主腔两腔隔爆的型式, 主腔闭锁结构多为机械式闭锁结构, 与之相对应的接线腔却无任何机械式或是电气式闭锁结构, 整个防爆电器产品在设计方面存在着不完善性。这就使员工的操作行为完全靠自觉遵守规程来保证。给安全带来隐患, 一些习惯性违章的工人如误打开带电设备不仅易造成触电事故而且易产生火花, 有可能造成瓦斯爆炸的严重后果。

部分工人对保护的使用认识不够, 甩保护还是时有发生, 不按规定对各种保护进行整定、试验现象还存在, 使供电安全失去了最根本的保证, 后果使设备以及人身可能受到损坏与伤害, 虽然公司加大查处力度, 但不可能对工人时刻进行监督, 还要靠工人自觉严格约束自己的行为。

3.8 井下变电室没有实现自动化。

一旦出现开关跳闸事故, 由于巷道较长, 用人力合电, 往往花费几个小时, 延长事故时间。实现自动化后实现远方监控又可节省人力又可大大缩短时间。

另外, 供电系统污染逐渐显现, 电力网中非线性负载的逐渐增加是大趋势, 如节能荧光灯、变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备逐渐应用于我矿井下供电系统, 这些非线性负载将导致电网污染, 电力品质下降, 自动保护误跳闸, 严重时引起供用电设备故障, 甚至引发严重火灾事故等。

以上的几个问题, 有的是老旧矿井存在的特有问题, 井深巷远, 开采难度大, 使供电网络复杂, 设备所处环境差, 有的是人的行为及主观方面和技术方面问题。

4 供电系统现存问题的改进措施

4.1 对高压供电系统进行统一优化设计, 通过合理分析、认真计算, 去掉冗余部分, 达到既经济有合理的高压供电系统。低压系统公司制定个设计规范, 安排专门技术人员统一设计, 并督促按设计施工, 遇自然条件或其它原因按设计施工较困难时可对设计进行更改, 务必使设计与现场安装相一致;安装结束要经职能部门对安装质量进行严格的监督检查和验收合格后, 整个低压供电系统才能投入运行, 从而为其以后的安全生产奠定坚实的基础。

4.2 对于超长距离供电, 可以采用下列补救措施来解决: (1) 有条件的地方尽量增设移动变电站, 深入工作面, 是最有效、最安全的方法; (2) 实在条件不允许可采取增设分段保护开关 (增加400馈电开关) 、增大电缆截面、相敏保护、提高供电电网的电压等级、变压器容量等措施。几项措施可单独采取, 也可多措并举。如果仍不能满足要求, 安排工程使变压器更靠近工作面缩短距离。

4.3 为了避免局扇供电安全隐患, 坚持“四双”、“三专”、“两闭锁”、“一切换”的规定。用电单位要按《煤矿安全规程》规定对局扇的自动切换装置每班进行试验, 供电单位要加强对局扇的供电设施包括高压开关、干式变压器低压馈电开关及电缆等的定期检验, 做好检验记录。

4.4 对防爆问题, 除从技术方面考虑外, 主要加强对人的行为管理, 加强培训, 加大考核处罚力度, 使工人养成一个好的习惯。防爆设备管理把好三关, 有专职防爆检查员检查下井防爆设备, 有维修电工对其安装、检修, 有专职防爆检查员巡视检查。

4.5 加强巷道维护, 变电室标准化治理, 使供电设备处在安全的环境中。作为一个百年老矿, 存在一些问题是正常的。把一个逐渐衰老的矿井, 建成一个焕发青春的本质安全型矿井, 不是一件容易的事情。这几年来, 随着公司领导对安全、标准化的重视, 在资金及生产条件紧张的情况下, 各种达标治理正逐步开展, 对变电室、大巷的治理以完成大部分, 供电设备基本全部更新改造, 地面变电站投入监测监控设备, 投入电源净化装置进行谐波抑制, 安装SVG无功补偿装置进行功率补偿, 提高供电质量。完善各种管理制度, 加大管理力度, 各种违章情况逐渐减少。各方面成绩显著, 百年老矿正朝着标准化矿井大步迈进。

5 结语

供电系统的安全可靠对煤矿企业的安全高效生产是非常重要的。在工作中, 不断查找不足, 不断改进提高, 才能更好地完善供电系统, 才能更好地为安全生产提供保证。

参考文献

[1]顾永辉等.煤矿电工手册第二分册.北京:煤炭工业出版社, 1996.

矿井供电安全管理制度 篇5

一、严格执行相关管理制度和安全技术措施

1、工作票制度

2、工作许可制度

3、工作监护制度

4、工作间断、转移和终结制度

5、停电、验电、放电、装设接地线、装设遮拦、挂标识牌的安全技术措施。

二、操作井下电气设备应遵守的规定

1、非专职人员或值班电气人员不得擅自操作电气设备。

2、操作高压电气设备主回路时，操作人员必须佩带绝缘手套，并穿绝缘靴或站在绝缘台上。

3、手持式电气设备的操作手柄和工作中必须接触的部分必须有良好的绝缘。

三、检修、搬迁井下电气设备、电缆应遵守的规定。

井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。

检修或搬迁前，必须切断电源，检查瓦斯，在其巷道回风流中瓦斯浓度低于1%时，再用与电源电压想适应的验电笔检验;检验无电后，方可进行导体对地放电，控制设备内部安有放电装置的，不受此限。所有开关的闭锁装置必须能可靠地防止擅自送点，房子擅自开盖操作，开关把手在切断电源时必须闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”字样的警示牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送点。

四、井下用好、管好电缆的基本要求

1、严格按《煤矿安全规程》规定选用。

2、严格按《煤矿安全规程》规定连接。

3、合格悬挂，不埋压、不淋水。

4、采区应使用分相屏蔽阻燃电缆，严禁使用铝芯电缆。

5、盘圈、盘“8”字形电缆不得送电使用。(采掘机组除外。)

五、机电系统违章行为

1、违反停送电规定，机电设备检修时不停电、不挂牌、不闭锁。

2、使用失爆的电气设备。

3、对计划大范围停电检修或高压电气设备停电检修，无停电措施就施工。

4、电工高压作业人员无人监护。

5、多种电气设备无标牌或标牌与实际不符。

6、对故障未排除的供电线路强行送电。

7、防爆电气设备不经检查并签发合格证就入井使用。

8、机电设备运行检查及交接班记录滞后填写。

9、局部通风机不实行“三专”(专用变压器、专用开关、专用线路)供电，掘进工作面动力设备不实行“两闭锁”(风电闭锁、瓦斯电闭锁)，或虽然有但失灵。

10、带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。

11、非检修人员或值班电气人员擅自操作电气设备。

12、在井下拆开、敲打、撞击矿灯。

13、井下供电电缆有“鸡爪子”、“羊尾巴”、明接头。

矿井供电监控系统 篇6

传统的矿井供电设计依靠工程设计人员通过手工查阅手册完成计算, 根据计算结果再去查阅资料选择供电设备的型号, 从而完成供电系统的设计。由于矿井用电设备多、种类复杂, 因此, 计算量非常大, 给工程技术人员的设计带来了很多不便, 造成人力、财力和时间的极大消耗。而现有的一些基于C/S模式的计算机辅助计算软件为工程设计人员的计算提供了便捷, 但仍有不合理的地方。原因在于现有的计算软件一般由设计计算和数据库2个部分构成, 当软件被安装在个人计算机之后, 数据库里的数据是固定且无法更新的, 进行设备选型时只能依靠数据库固有的产品参数进行选取。随着产品的更新换代, 这样的方法必然给设备的选型造成很大的约束, 甚至于选不出合理的设备, 软件在购买一段时间后因为无法满足需要而被搁置不用, 对资源造成极大浪费。随着网络技术的发展, 笔者结合当前矿井供电计算的实际情况, 提出了基于B/S模式的矿井供电系统在线设计方案, 并根据该方案开发出了基于Web的矿井供电设计系统。

1 系统设计方案

基于Web的矿中供电设计系统采用ASP/ADO技术的Web解决方案, 以Web为中心, 采用TCP/IP、HTTP为传输协议, 客户端通过浏览器访问Web服务器以及与Web服务器相连的数据库。这种模式突破了传统的C/S模式, 是一种3层结构的Web应用系统, 称之为B/S模式, 如图1所示。用户通过在浏览器网页中的表单填写数据向服务器发出请求, 服务器响应浏览器的请求并进行数据处理, 将数据处理结果以HTML网页形式返回到用户的浏览器;而其余的如数据请求、计算、结果返回以及动态网页的生成、对数据库的访问和应用程序的执行工作全部由Web服务器完成。与传统的C/S模式相比, B/S模式将处理功能全部由服务器来完成, 用户请求通过浏览器发出, 在使用和数据库的维护更新上都比传统模式更加经济便捷。

2 系统开发环境

ASP (Active Server Pages) 是比较流行的开放式的Web服务器应用程序开发技术。通过ASP可以将HTML网页、ASP指令结合在一起, 建立动态、高效、交互的Web服务器应用程序。ASP具有以下特点: (1) 学习快和设计快, 不需花很长时间就可学会并设计出Web应用程序; (2) 源程序代码在服务器端执行, 代码保密性好; (3) 集成在HTML中, 无需编译连接即可直接执行, 使用文本编辑器, 如记事本即可设计; (4) 与浏览器无关, 客户端只要有执行常规可执行HTML代码的浏览器即可; (5) 是面向对象 (Object-Oriented) 的技术[2]。

ADO (ActiveX Data Objects) 是Microsoft提供的一种数据库访问技术, 它使得客户端应用程序能够通过任何OLEDB提供者来访问和操作数据库服务器中的数据, 它提供了编程语言和统一数据访问方式OLEDB的一个中间层。允许开发人员编写访问数据的代码而不用关心数据库是如何实现的, 而只用关心数据库的连接。通过ADO和ASP的结合, 可以实现对Web数据库的访问。

Microsoft Access 2003是一个面向对象的开发工具, 它的存储方式单一, 界面友好、易操作, 容易掌握使用。Access是基于Windows操作系统下的集成开发环境, 极大地提高了开发人员的工作效率, 支持ODBC (开发数据库互连, Open Data Base Connectivity) , 可以建立动态的数据库报表和窗体等。此外, Access还可以将程序应用于网络, 并与网络上的动态数据相连接。由于Access所具备的特点, 在中小型网络开发中得到广泛应用。

基于以上分析, 系统采用ASP、ADO技术和VB Script语言相结合进行开发 , 开发环境采用Dream Weaver 8.0、操作系统选用Microsoft Windows XP Professional, Web平台采用Windows IIS 5.1搭建, 数据库采用Microsoft Access 2003数据库。

3 系统主要功能模块设计

基于Web的矿井供电设计系统的主要功能模块包括用户注册模块、负荷统计模块、短路电流计算模块、继电保护整定计算模块、设备选型校验模块、变压器技术特性分析模块、设备数据库模块及辅助模块等8个部分, 如图2所示。

用户注册模块需要用户提供个人信息注册。注册用户除了可以使用系统的一般权限外, 还可以通过数据库的产品扩充在线添加最新产品信息, 产品信息经系统管理人员审核后, 提交的新产品数据信息将保存在设备数据中供使用人员查询。

负荷统计模块包括全矿高压负荷统计和地面低压负荷统计2个部分, 用户只需简单输入自己需要的数据即可完成对全矿负荷的有功功率、无功功率、视在功率、计算电流以及年电能损耗的计算, 为主变的选择提供数据依据。

短路电流计算模块包括地面高压短路电流计算 (标幺值法) 和井下低压短路电流计算 (有名值法) , 根据相应数据可以分别计算出地面和井下不同短路点三相短路、两相短路以及短路容量等数据。

继电保护整定模块包括3～6 kV电动机保护、3～10 kV电力电容器保护、3～10 kV电力线路保护、电力变压器和配电变压器保护以及变电所3～10 kV母线和联络开关保护等, 可以对电动机、变压器、电力线路以及电容器等进行电流速断、过电流、电流闭锁、过负荷等一系列继电保护整定计算。

设备选型校验模块根据用户从表单中提交的数据自动从设备数据库中为用户选出适当的设备型号以及具体的技术参数, 并根据设备的使用要求进行校验, 为设备的选型提供可靠的依据。

变压器技术特性分析模块应用ASP技术, 结合VML矢量标记语言, 根据用户输入参数绘制出不同容量、不同运行方式下变压器的经济运行曲线, 为用户在选取变压器的经济运行方式时提供数据参考。以上每一个模块中除了计算结果外都附有详细的计算方法和计算公式的说明和参数的选取依据。

设备数据库模块是一个3层结构的数据库, 包括变压器、高低压断路器、负荷开关、隔离开关、高低压熔断器、电压互感器、电流互感器等主要矿井供电设备, 每一个产品都有具体的技术参数和生产厂家;用户不但可以在数据库中查找自己需要的设备, 还可以在注册之后添加市场上最新生产的产品, 这种方法克服了传统计算软件在安装后无法更新数据库设备信息的不足, 数据库随时处于动态更新的状态, 丰富了数据库的存储容量, 不但给生产厂家提供一个发布新产品的平台, 也使产品最大限度地实现信息资源的共享。

辅助模块由系统使用帮助和留言薄2个部分组成。使用帮助部分介绍了系统的主要功能以及开发系统的依据和目的;留言薄部分是为了给用户和系统管理员之间搭建一个互动交流的平台, 广泛吸取使用者的意见和建议, 对系统及时进行更为科学、合理的调整, 最大限度地为用户提供服务。

图3为所设计的基于Web的矿井供电设计系统首页界面。

4 计算实例

以3～10 kV配电变压器过电流保护计算为例, 图4为需要输入的基本数据, 计算结果如图5所示。计算实例结果表明, 系统计算准确无误, 完全与理论计算相符合, 满足工程设计中的计算要求。

5 结语

基于Web的矿井供电设计系统可在Internet环境下使用, 不受浏览器类型限制, 操作简单, 使用方便, 实现了计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合和广泛共享;用户只需根据系统设置输入自己需要的参数, 系统就会通过浏览器为用户输出准确的计算结果和合适的设备型号, 给工程设计人员提供了便捷的计算方法和丰富的设备数据参考, 有效地提高了工程设计计算的效率。

摘要：提出了基于B/S模式网络结构、Web服务器和Access数据库的矿井供电设计系统的设计方案, 详细介绍了矿井供电设计系统的开发环境和主要功能模块的设计, 并实例验证了该设计系统的可行性。该设计系统实现了计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合和广泛共享, 给工程设计人员提供了便捷的计算方法和丰富的设备数据参考, 有效地提高了工程设计计算的效率。

关键词：矿井供电,设计,在线计算,信息共享,B/S模式,Web,Access

参考文献

[1]李定明.浅谈煤矿井下供电的计算机辅助设计软件需要处理的问题[J].煤炭工程, 2003 (2) :7-8.

[2]冯锋, 丁志义, 马希荣.基于ASP技术的WEB页面设计[J].宁夏大学学报:自然科学版, 2000, 21 (4) :332-333.

[3]李文才, 田中雨, 刘跃军.ASP动态网站开发[M].北京:清华大学出版社, 2008.

[4]顾永辉, 范廷瓒.煤矿电工手册[M].北京:煤炭工业出版社, 1997.

矿井供电监控系统 篇7

我矿采用静止型动态无功补偿系统 (SVC) 是晶闸管控制电抗器+固定电容器 (TCR+FC) 方案进行补偿的。它采用的原理如下:

由于晶闸管的触发角可以连续调节, 所以介入的补偿容量可以连续跟踪负载的变化;对各相的导通角分别控制, 能对三相不平衡负载进行平衡化补偿, 且装置中的固定电容器 (FC) 具有较好的滤波效果, 不仅能将TCR本身产生的谐波消除, 还能将负荷波动产生的谐波滤去, 以减少对系统电能质量的影响。而且这种装置还具有维修方便, 损耗小的特点。由于他具有连续调节的性能且响应迅速, 使得他在校正动态无功负荷的功率因数、改善电压调整、提高电力系统的静态和动态稳定性都有较好的作用。

TCR是SVC中最重要的组成部件之一, 闸管相控电抗器 (TCR) 是一种并联型晶闸管控制电抗器, 通过控制晶闸管的导通时间, 它的有效电抗可以连续变化。基本的单相TCR由反并联的一对晶闸管阀Z、瓦与一个线性的空心电抗器相串联组成。反并联的一对晶闸管就像一个双向开关, 晶闸管阀E在供电电压的正半波导通, 而晶闸管阀疋在供电电压的负半波导通。晶闸管的触发角以其两端之间电压的过零点时刻作为计算的起点。

TCR触发角口的可控范围是90°~180°。当触发角为90°时, 晶闸管全导通, 此时TCR中的电流为连续的正弦波形。当触发角从90°变到接近180°时, TCR中的电流呈非连续脉冲形, 对称分布于正半波和负半波。当触发角为180°时, 电流减小到零。当触发角低于90°时, 将在电流中引入直流分量, 从而破坏两个反并联阀支路的对称运行。所以一般在0°~90°范围内调节。通过控制晶闸管的触发延时角, 可以连续调节流过电抗器的电流, 在0 (晶闸管阻断) 到最大值 (晶闸管全导通) 之间变化, 相当于改变电抗器的等效电抗值。晶闸管一旦导通, 流经晶闸管电流的关断将发生在其自然过零点时刻, 这一过程称为电网换相。而TCR是按电网换相方式运行的。

一个6脉波的三相TCR由3个单相的TCR按三角形联结连接而成, 如果三相电压是平衡的, 3个电抗器是相同的, 而且所有晶闸管是对称触发的, 即每相的触发角相同, 那么在正半波和负半波中就会出现对称的电流脉冲, 因而只产生奇次谐波。

三角形联结的三个单相TCR可以防止3倍次数次谐波送入输电线路。但实际中的三相电抗器的参数不可能完全相同。三相供电电压也不一定完全平衡。这种不平衡就会导致非特征谐波的产生, 包括3倍数次谐波, 扩散到线路中。正常情况下, 非特征谐波的数值是非常小的。但在严重扰动的情况下, 正负半波的触发角可能不同, 这就会导致直流分量的产生, 并足以引起耦合变压器的饱和, 从而产生更大的谐波扩散。除了谐波, 一个小的基频电流分量 (0.5%~2%) 也在TCR中流动, 这体现了TCR绕组中的电阻损耗。

由于在电力系统应用中要求具有可控的容性无功功率, 因此在TCR上并联有固定电容器 (FC) 来提供容性无功功率。

2 实际应用

我矿安装的静止型动态无功补偿系统 (SVC) 具备过电压、欠电压保护、温度保护、断电保护、缺相保护、不平衡保护、过流及短路保护等多种数字化保护功能, 保证设备安全运行。

投切开关采用先进的大功率晶闸管电流过零点投切技术, 在10ms内完成投切, 实现零电流投入零电流切除, 确保无涌流, 无冲击, 运行更加稳定、安全、可靠。

采用高速数字信号处理器DSP作为CPU, 运算速度可达2000万/秒, 采用16位AD装换, 可实现高速同步采样, 采集三相电压、电流信号。

采用的固定电容器容量分别是3600k Var、6000k Var、2400k Var、4050k Var。

我矿在安装了动态无功补偿装置后, 经过一段时间的监视运行, 发现安装了动态无功补偿装置的10k VI段母线的总功率因数始终保持在0.98~0.99。在负荷变化较大的生产时间段也能保持在0.98以上, 说明安装动态无功补偿系统对矿井供电系统的功率因数提高有很大帮助。电压也很稳定, 而且安装了动态无功补偿后10k VI段母线的电压从原来的10k V提高到10.3k V, 而且保持稳定电压不变。说明动态无功补偿装置对改善电压也是有效果的。

但是在实际运行中也发现了一些问题, 主要是该设备运行噪音很大, 而且发热量也很大。在夏季高温时间段运行中平均温度高达65摄氏度, 最高温度点可达90摄氏度。而且我矿的动态无功补偿系统安装在室内, 和变电所主变压器、110k VGIS系统、10k V馈出线开关柜以及配套的综合保护控制系统同装在一个建筑内, 由于高噪音带来的震动对其他系统的稳定可靠运行也有一定威胁。

在运行中发现发热量巨大和发出噪声的器件是来自于晶闸管控制电抗器 (TCR) 和固定电容器串联的滤波电抗器。根据动态无功补偿的原理可知, 如果负荷的功率因数高则晶闸管控制电抗器 (TCR) 的导通触发角就要就要增大, 增加晶闸管控制电抗器 (TCR) 注入的节点感性无功功率。所以如果负荷功率因数如果一直保持较高水平的情况, 晶闸管控制电抗器 (TCR) 注入的节点感性无功功率也要保持较高的水平, 增大了晶闸管控制电抗器 (TCR) 和母线之间的无功电流。所以当负荷功率因数较高时, 我们减少了固定电容器 (FC) 的投入数量, 降低注入的节点容性无功功率, 与之对应的晶闸管控制电抗器 (TCR) 也会自动降低注入的节点感性无功功率。减少固定电容器 (FC) 的投入数量后, 流过晶闸管控制电抗器 (TCR) 的电流从185A下降到20A, 这样就同时降低了固定电容器 (FC) 和晶闸管控制电抗器 (TCR) 和母线之间的无功电流, 减少发热量, 降低运行噪声, 改善设备的运行环境。

安装了静止型动态无功补偿系统的10k VI段母线和未安装静止型动态无功补偿系统的10k VII段母线共同作用, 使我矿的进线端总功率因数始终在0.95以上。降低了整个供电系统的无功电流, 大量减少了无功电流在长距离供电中的线路损耗, 也减少了无功电流对设备容量的浪费, 同时还稳定了负荷得到的电源电压。

摘要：我矿在2005年建矿后, 在10kV母线上安装投入过一组静止型静态无功补偿装置, 但在应用中发现静止型静态无功补偿装置不能有效地补偿因负荷较大变化引起的功率因数变化。如果补偿电容器投入量较小, 则补偿后的功率因数不高。如果加大补偿电容器的投入, 则会过补偿, 或在过补偿和欠补偿两个状态之间变化, 容易引起谐振。为较好解决静止型静态无功补偿装置不能有效地补偿因负荷较大变化引起的功率因数变化这个问题, 由此我矿10kV供电网络引入动态无功补偿系统。

矿井供电监控系统 篇8

SVC装置一般由直流电容器、断路器、电抗器 (或连接变压器) 、SVC逆变器和冷却系统等装置组合而成。它的基本原理:经过电抗器 (或连接电压器) 将电源型逆变器并联在电网上, 直接控制逆变器交流侧电流的相位和幅值, 或通过调节逆变器交流侧输出电压的相位和幅值, 在短时间内快速发出或吸收所需的无功功率, 其目的主要是实现快速动态调节无功;如果使用直接电流控制, 可以直接控制交流侧电流, 不仅可以跟踪补偿谐波电流, 而且可以跟踪补偿冲击型负载的冲击电流。

2 静止型动态无功补偿装置 (SVC) 的技术特点

SVC是一种以电压源型变流器为基础的补偿方式, 它实现了矿井供电系统中无功补偿方式质的飞跃。SVC利用大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换, 它摈弃了以往采用大容量的电容和电感器件的方法。因此, 静止型动态无功补偿装置具有以下技术特点:

(1) SVC具有显著的节能效果, 因为SVC不仅运行损耗小, 而且运行效率高;

(2) SVC具有很强的补偿性能, 动态快速连续调节无功输出, 功率因数在任意时刻都接近1.0, 可以最大限度地满足功率因数补偿要求, 设备具有很高的投资效益;

(3) SVC具有优秀的谐波特性, 可以很好地满足谐波治理和无功补偿的综合需求。SVC可以有效地滤除各种负载产生的各次谐波电流, 并且自身不会产生谐波电流, 谐波特性好。

(4) SVC装置在运行过程中具有很高的安全性。SVC是可控电流源, 不会放大谐波电压, 不会出现过电流现象, 正好适合煤矿的高安全性要求。

(5) SVC装置可以有效减少土地使用面积。由于SVC装置自身不会产生谐波, 不需要滤波器组, 大大减少了占地面积。

(6) SVC装置具有高可靠性和维护量小的特点。SVC装置属于模块化设计, 出现问题时, 只需对相应的问题部件进行维修或更换, 维护费用少, 维护量小;SVC满足IGBT功率模块N+1运行方式, 可靠性高。

3 静止型动态无功补偿装置 (SVC) 的实例分析

例如:某煤矿变电所电压为110 k V, 变压器型号:SZ10-16000/110, 短路阻抗:10.5%, 定额容量:16 000 k VA。主、副井提升机为谐波源设备, 启动频繁。

3.1 静止型动态无功补偿成套系统的设计方案

为了使静止型动态无功补偿成套系统具有无功补偿和有源滤波的双重功效, 采用无源滤波和无功补偿相结合。选配SVC和电容器容量的时候要充分考虑煤矿需要补偿的无功功率。

3.2 静止型动态无功补偿成套系统的构成

根据无功功率接地平衡的原则, 把一组容量为6 Mvar静止型动态无功补偿成套装置装设在6 k V的母线上。这套系统包括一套额定容量为3 Mvar电容组成套装置, 一套SVC型静止无功发生器, 其调节容量从感性3 Mvar到容性3 Mvar连续可调。如图1所示。

4 静止型动态无功补偿装置 (SVC) 投运后产生的效益分析

SVC是新一代静止型动态无功补偿装置, 代表国际第三代电能质量技术。现在很多矿井的供电系统采用的就是SVC, SVC投运后, 效果显著。我们可以从谐波电流、谐波电压和功率的变化来分析SVC投运后产生的效益。

4.1 谐波电流

SVC装置投运后, 分析谐波电流的变化, 从表1可以看出, 各主要特征谐波电流的改善效果十分明显, 都在国标要求的范围内。

4.2 谐波电压

SVC装置投运后, 分析谐波电压的变化, 从表2可以看出, 各主要特征谐波电压及电压谐波总畸变率的改善效果十分明显, 都在国标要求的范围内。

4.3 功率

SVC装置投运后, 分析功率的变化。从表3可以看出, 功率因数都得到提高。

5 常见的SVC技术

现在绝大多数的补偿装置都是采用SVC进行补偿。除了调相机, 几乎所有用电容和电感进行无功补偿的装置都被定义为SVC。因此, 有必要介绍几种常见的SVC技术在矿井供电系统中的应用。

MCR型SVC的基本工作原理:首先, 在电网上, 把三相饱和电抗器的工作绕组并联。采用改变饱和电抗器直流控制绕组的励磁电流的方法, 改变铁心的饱和特性, 这样一来, 就改变了工作绕组的感抗, 最终实现改变吸收的无功功率的目的。

5.2 自动投切电容器型SVC

自动投切电容器型SVC利用接触器或真空断路器, 根据无功变化自动投切电容器组, 通常, 把电容器组设计成滤波支路形式。如图2所示是自动投切电容器型SVC的原理图。投/切滤波支路时, 会出现一个暂态过程, 导致出现过电压和过电流。当切除电容器组时, 触头上有较高的恢复电压, 可能使开关重燃, 经过反复多次击穿, 容易损坏设备。

5.3 晶闸管投切电容器 (TSC) 型SVC

晶闸管投切电容器 (TSC) 型SVC是利用晶闸管的一种无功补偿装备。如图3所示是晶闸管投切电容器 (TSC) 型SVC的原理图。晶闸管的缺点是很容易在涌流的冲击下发生损坏, 所以, 必须对晶闸管过零触发, 也就是说, 在触发信号的瞬间, 晶闸管两段的电压应为零。可是, 在现实中, 过零触发难以实现。

6 结语

综上所述, 本文主要介绍了矿井供电系统中静止型动态无功补偿装置 (SVC) 的基本原理和技术特点, 通过分析MCR型SVC、自动投切电容器型SVC和晶闸管投切电容器 (TSC) 型SVC, 我们了解到各种无功补偿技术都有自己的优缺点, 矿井供电系统应根据自身的实际情况, 选择合适的无功补偿技术, 最大程度地改善电网质量。

摘要：介绍了静止型动态无功补偿装置 (SVC) 的基本工作原理和技术特点, 结合实例分析了SVC投运后所产生的效益。同时就矿井供电系统中经常应用的MCR型SVC、自动投切电容器型SVC、晶闸管投切电容器 (TSC) 型SVC技术在矿井供电系统中的应用进行了探讨。

关键词：矿井,供电系统,无功补偿

参考文献

[1]郭云川.磁控电抗 (MCR) 型静止式动态无功补偿装置 (SVC) 在矿井供电系统中的应用[J].科技信息, 2009 (2) :266～267

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矿井供电监控系统 篇9

我国大型工矿企业供电系统大多数采用小电流接地系统,即中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点经高阻接地系统。而中性点经电阻接地方式的系统,故障线路的切除是依靠增大接地电流来使继电保护动作,这属于事故扩大法,煤炭行业禁止使用,所以我国煤矿10 kV供电系统广泛采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。

在10 kV供电系统实际运行中,单相接地故障占电气故障总数的80%以上[1]。而单相接地电流的大小是矿井供电安全的重要指标。《煤矿安全规程》(2001年)第457条规定:矿井高压电网的单相接地电流不得超过20 A,否则,必须采取限制措施。随着煤矿生产用电量的增大及供电网络的不断延伸,矿井高压电网单相接地电流不断增大。据统计,6～10 kV的矿山供电网发生单相接地故障时,接地电流可高达70～80 A[2]。如此大的接地电流极易引起电弧接地过电压,严重威胁供电电缆的绝缘水平,有可能导致电缆放炮[3],引发多点接地,甚至造成相间短路[4]等故障,严重影响供电的安全性和可靠性。因此,研究矿井10 kV供电系统单相接地故障特征对于开发单相接地故障保护系统具有非常重要的指导意义。

1 单相接地故障特点及其分类

中性点不接地或经消弧线圈接地系统中,当电网发生单相接地故障时,并不破坏系统线电压的对称性,《电力系统安全运行规程》规定可以继续运行1～2 h。而当接地电流超过30 A时,会出现电弧时燃时灭的不稳定状态,导致电网中电感、电容回路的铁磁振荡,产生遍及全电网的电弧接地过电压[2]。这种过电压延续时间较长,轻者会造成绝缘击穿,重者可能会引发避雷器爆炸[5]或者电气火灾。因此,必须采取措施,予以防治。

小电流接地系统的单相接地故障可分为稳态接地、非稳态接地以及由最初的非稳态接地发展为稳态接地等故障。而稳态接地故障又分为金属性接地、低阻接地、高阻接地等故障;非稳态接地故障有电弧接地以及间歇性电弧接地或中间伴随稳态过程的电弧接地等多种故障。本文重点针对供电系统在中性点不接地和经消弧线圈接地方式下发生金属性接地和弧光接地故障的情形进行仿真分析。

2 仿真模型

2.1 线路参数

Matlab6.5中SimPowerSystem为用户提供了输电线路的2种数学模型,分别是集总参数∏型和基于Bergerons traveling wave method的分布参数模型。这2种数学模型需要的序阻抗参数定义为

undefined

式中:Z0和Z+分别为线路零序阻抗和正序阻抗;Zs和 Zm分别为线路自感和线路互感。

架空输电线的参数R、L、C是沿线路均匀分布的,一般不能当作集总参数元件处理。但是当线路长度不超过300 km时,可以用集总参数来表示,所以本文采用∏型参数模拟三相架空线。而电缆由于其线间间距小,电感很小,主要参数为线间电容,也可用集总参数来表示,本文用正序电容来模拟三相电缆。依据《电力工程师设计手册》计算线路参数,结果如表1和表2所示。

2.2 系统模型

考虑到系统参数及运行状态的多样性,系统模型选择如下:系统电源容量为无穷大,电压为35 kV,主变压器和线路变压器均为Y-Yn接线,母线带有3条出线,1台额定电压为1.14 kV、功率为290 kW的电动机。3条出线均为架空线和电缆线路的混合线路,长度如表3所示。10 kV配电网系统模型如图1所示。

图1中,开关K用来控制系统运行方式,K打开为中性点不接地方式,K闭合为中性点经消弧线圈接地方式(消弧线圈取L=0.3 H,过补偿)。

3 仿真波形及分析

为了方便对比接入消弧线圈前后电压、电流值的变化情况,在图2所示的金属性接地故障支路电压电流波形和图3所示的间歇性电弧接地故障支路电压电流波形的每一组子图中均给出了2种接地系统运行方式下的波形。

3.1 稳态接地故障

(1) 金属性接地故障

假定系统在0.04 s时A相接地,此时A相电压为零,不利于电弧起弧燃烧,最有可能发展为金属性接地故障。其电压、电流波形如图2所示,其中,图2左侧为中性点不接地系统的仿真波形,右侧为中性点经消弧线圈接地系统的仿真波形。

① 由图2可知发生单相接地故障后,系统将出现零序电压和零序电流,且接地初期的暂态峰值很大。消弧线圈可以使零序电压、零序电流以及故障相A相电流的稳态值减小,但由于消弧线圈自动跟踪补偿需要一个过程,所以对暂态值的影响不明显。

② 由图2(a)、(b)可知发生单相接地故障后,故障支路零序电流暂态、稳态值均大于非故障支路,约为2倍左右。但在中性点不接地系统中发生单相接地故障后,故障与非故障支路零序电流方向始终相

反,而在中性点经消弧线圈接地系统中,由于消弧线圈过补偿运行,故障与非故障支路零序暂态电流方向相反,稳态零序电流方向相同。

③ 考虑不同中性点接地方式的供电系统,以零序电压作为启动信号,比较零序暂态电流幅值和相位的方法可以作为单相接地故障选线的依据。

④ 由于零序暂态电流衰减较快,对保护系统中采样元器件和采样算法提出了更高要求。DSP TMS320LF2407十位A/D转换器最小转换时间为500 ns,可以满足上述采样要求。因此,保护电路可以选用该种DSP采集零序电流暂态峰值。

(2) 故障点经不同接地电阻接地故障

由于篇幅所限,下面仅给出不同接地电阻对应的各个电压、电流仿真数据。取接地电阻Rg分别为10 Ω、100 Ω、1 000 Ω,数据如表4和表5所示。表4和 表5中数据均为最大值, Ig为流过接地点的电流,U0为中性点电压,I0g为故障支路零序电流,I0z为非故障支路零序电流。

① 由表4和表5可知,随着接地电阻的增大,故障支路与非故障支路暂态零序电流值均减小,反应到保护电路的设计中,这2个值差值的减小,不利于区分故障和非故障支路,将会降低选线的可靠性。因此,接地电阻的增大将影响到零序电流暂态选线的可靠性和灵敏度。

② 随着接地电阻的增大,暂态过程将缩短。以中性点不接地系统为例,接地电阻为1 Ω时,t=0.02 s;接地电阻为1 000 Ω时,t=0.005 s。暂态过程的缩短对采样的实时性提出了更高的要求,因为有些芯片A/D转换时间过长,将不能满足采样要求。因此,为了保证选线的准确性,在保护电路的设计中应结合实际10 kV供电系统接地电阻的范围来考虑采样频率和采样算法的选取。

3.2 间歇性电弧接地故障

随着煤矿生产用电量的增大及供电网络的不断延伸,矿井高压电网单相接地电流不断增大,致使许多弧光接地故障不能自动熄灭,同时由于接地电流还没有大到足以产生稳定燃烧的电弧,于是就形成了熄弧与电弧重燃相互交替的不稳定状态,即间歇性电弧接地故障。间歇性电弧将导致系统中电磁能量的强烈振荡和集聚,使健全相和故障相均出现严重的弧光接地过电压。

电弧接地过电压故障的产生机理可用工频熄弧理论和高频熄弧理论来解释。这2种理论均假设故障相在电压为负的最大值时发生电弧接地,两者的区别在于:前者是暂态振荡电流过零时电弧熄灭,此后,每隔半个工频周波电弧重燃1次;后者是电弧接地时,经过半个工频周波后,当工频电流过零时电弧熄灭,再经过半个工频周波电弧重燃,依此循环反复[5]。本文对A相发生间歇性弧光接地故障,用工频熄弧理论进行仿真与分析,模拟了3次燃弧和熄弧过程(开关的开合表征电弧的熄灭和重燃状态),燃弧时刻分别是0.005 s、0.025 s、0.045 s,熄弧时刻分别是0.015 s、0.035 s、0.055 s,弧道电阻取20 Ω。间歇性电弧接地故障支路电压、电流波形如图3所示,其中,图3左侧为中性点不接地系统的仿真波形,右侧为中性点经消弧线圈接地系统的仿真波形。

(1) 对比图3中各组波形可知,消弧线圈可以降低多次起弧重燃时系统的过电压、故障相的短路电流以及接地电流,但自动跟踪补偿需要一个过渡过程。如图3所示,消弧线圈对0.005 s时刻的第一次弧光接地并无明显的改善效果。因此,当发生间歇性弧光接地故障时,一旦电缆绝缘在第一次接地时被击穿,由于电缆是固体绝缘,其绝缘被击穿后不能恢复,绝缘强度几乎降为零;即使消弧线圈把流经故障点的电流补偿为零,弧光熄灭,待故障相对地电压恢复后,电弧很快又再次重燃,系统仍无法恢复正常。因此,在电缆线路或者架空线与电缆混合线路中消弧线圈能否有效避免间歇性弧光接地故障发展成相间短路事故还需要进一步论证。

(2) 由图3(c)可知,中性点不接地系统发生间歇性电弧接地故障时,过电压倍数可达到2.52,而接入消弧线圈后过电压倍数第一次起弧为1.96, 之后降为1.65,可见消弧线圈对过电压有很好的抑制作用。我国实测10 kV供电系统过电压倍数最大为3.2,绝大部分均小于3.0[6]。参照DL/T595《电力设备预防性试验规程》,符合国标要求的10 kV变电设备安全耐受内部过电压倍数不小于4.5,所以10 kV变压器、电器的正常绝缘能承受这种过电压。煤矿井下的电缆和设备易于受潮和受到砸、压、挤、碰,绝缘情况比较差,这种过电压对其威胁仍然较大,不过可以肯定的是相间过电压并非是造成相间短路的主要原因,并非是单相接地故障扩大的主要原因。

4 结论

本文就煤矿10 kV供电系统在中性点不接地和经消弧线圈接地2种运行方式下发生稳态接地(包括金属性接地和经电阻接地)和间歇性弧光接地故障分别进行了数字仿真。仿真结果表明:(1) 以零序电压作为启动信号,比较零序暂态电流幅值和相位的方法可以作为单相接地故障选线的依据。(2) 由于零序暂态电流衰减较快,保护电路可选用 DSP来采集零序电流暂态峰值,以确保采样的实时性和选线的准确性。(3) 在电缆线路中或者架空线与电缆混合线路中,消弧线圈能否有效避免间歇性弧光接地故障发展成相间短路故障还需要进一步论证。(4) 在间歇性弧光接地故障中相间过电压并非是造成相间短路的主要原因,并非是单相接地故障扩大的主要原因。

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矿井供电监控系统 篇10

1 矿井提升机变频调速系统发展现状

就当前我国矿井提升变频调速系统在我国矿山生产中逐渐得到广泛的应用, 实现自动加速, 并具有平滑调速的效果, 在矿井提升机运行过程中规定S形速度, 对加减速实践和上下限频率等相关目标进行有效控制, 为矿井供电质量控制打下可靠的基础。当前我国所采用的矿井提升机变频调速系统以交-直-交高压为主, 在保证矿山安全生产的基础上, 有效的提高了矿山生产效率, 降低能源损耗, 真正实现资源能源的优化配置和合理利用, 促进节能减排的实际作用的有效发挥。矿井提升机变频调速系统在矿山生产中具有良好的应用价值, 在未来具有广阔的发展空间。其调速档位多样, 系统运行更具精准性, 在变频调速过程中, 便于操作人员运用计算机设备对矿井提升机变频调速系统进行有效控制, 并将具体监测的数据信息显示出来, 进而以此数据结果为主要依据对系统进行有效调控, 最大程度上提高矿井提升机变频调速系统故障诊断的准确性和有效性。

2 对供电质量的基本要求以及故障分析

在进行具体工作的过程中, 需要确保电源的稳定性, 只有将电源保持在更加稳定的状态下, 才能降低故障的出现。在当前的工作中, 主要出现的故障集中在以下几个部分。首先是在电动机运行的过程中, 频率减少时, 随之电动机的同步转速也会呈现出下降的趋势, 在惯性的影响下, 转子转速并不会发生改变, 这样在电动机轴上的转矩就会转化为制动转矩, 导致电动机转速呈现出下降的趋势, 随之进入到再生制动状态之中。

其次, 高压变频调速系统功率输出部分驱动电路采用的IGBT晶体管存在所谓擎住效应。由于IGBT半导工艺结构上存在一个寄生晶体管, 也就是寄存可控硅。IGBT的理想等效电路如图1所示。它是一个PNP双极晶体管和功率MOSFET采用达林顿连接而形成的单片BI-MOS晶体管。而实际的IGBT的等效电路却如图2所示。IGBT实际等效电路与理想等效电路的不同之处在于T2与T3分别是由可控硅与功率MOSFET构成的。图中T2是有条件的寄生存在的, 正常使用不存在T2, 当电流突然增大其压降大到能够使寄生T2导通, T2与T3晶体管门极控制作用失灵, 形成自锁现象, 这就是擎住效应。

第三种情况是在伺服驱动的过程中产生的一种情况, 当感性电机负载冲击到IGBT晶体管时, 通过变频调速系统就会将现有的工作状态传导入电网中, 此时系统正处在减速的运行阶段, 而电机正处在再生制动的状态中, 如果电网出现断路的情况, 在大电流的影响下就会产生擎住效应, 造成矿井提升机不能正常地进行升降, 由此会产生一系列的安全事故。

3 控制矿井供电质量的有效策略

为保证煤矿生产的安全顺利进行, 应当在保证矿井提升机实际性能的基础上, 对该项设备进行合理应用, 为煤矿安全生产提供可靠的保障。在实际生产过程中, 变频调速系统控制是提升矿井供电质量的重要基础, 应当从以下几个方面加强矿井供电质量控制:

3.1 保证供电区域的电流状态, 制定矿井提升机的运行方案

在煤矿生产过程中, 相关操作人员应当结合生产实际加以系统化分析, 强化安全生产意识, 加大力度对变频调速系统进行控制, 密切关注电压变化情况, 保证供电区域的电流稳定性, 一旦发现电网中电压不稳定, 应当及时采取有效措施进行控制和处理, 此种情况下, 最大程度上缓解负荷量过大所导致压降问题, 保证供电质量。若煤矿生产过程中天气出现异常情况, 应当针对灾害天气制定可行的预防方案, 并停止使用矿井提升机, 最大程度上减少矿山生产过程中的安全隐患。

3.2 优化设计电路, 控制电源

在矿井提升机变频调速系统控制过程中, 若拖动系统转速下降, 且变频调速系统的动能降低的情况下, 为保证电动机传输电能的准确性, 应当结合系统运行实际, 增设放电回路, 逐步消耗增生电能, 优化设计电路, 对矿井提升机的定子电源进行有效控制, 将泵生电压的情况控制在最低范围内, 从而切实维护电路的安全稳定运行, 为供电质量控制奠定可靠的基础。

3.3 合理选择容量, 控制变频器的额定功率或适配电动机功率

矿山生产过程中, 在额定频率和额定电压下, 矿井提升机的交流电动机得以运行, 并且轴上输出转矩达到额定值。尤其是在变频调速情况下, 矿井提升机随着供电频率的变化而转变期实际输出情况, 因此在不同的拖动场合下, 应当对矿井提升机变频调速系统的容量进行合理选取, 以保证其与拖动场合的电机能够实现密切配合, 对供电质量进行有效控制。若矿山生产过程中, 以一台变频器驱动一台变动及, 应当确保变频器的额定电流大于电动机的额定电流, 或变频器适配电动机功率大于电动机功率。

3.4 合理运用变频调速系统, 提高供电稳定性

在矿山生产过程中, 矿井提升机变频调速系统的有效运用, 其以大规模和超大规模集成电路为主要电路形式, 结构简单, 且元器件数量明显减少, 此种情况下矿井提升机变频调速系统的故障点明显减少, 切实保证矿井提升机的安全稳定运行, 对供电质量进行有效控制。

结束语

总而言之, 矿山生产工作中, 应当将安全生产方放到第一位, 降低安全隐患, 提高矿井提升机变频调速系统运行的稳定性, 对影响矿井供电质量的影响因素进行有效控制, 加强质量管理, 最大程度上避免操作失误所导致的矿山生产安全事故, 完善驱动电路, 进而对供电质量进行有效控制, 从整体上提高矿山生产的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]彭京, 吴秋霞, 张得祥, 林锐.变频调速系统在矿井提升中的实现[J].变频器世界, 2013 (12) .

[2]郭铁桥.变频调速系统的发展及应用[J].机床电器, 2011 (1) .