电力是煤矿生产的唯一能源,电力系统的安全性和运行状态直接影响着煤矿的生产和安全。由于技术条件的限制,煤矿井下电力系统依靠变电所值班人员用眼睛观察来确定井下电力系统局部电路的运行状态,无法了解整个电力系统的运行状态和实时数据,更无法确定电力系统的稳定性、安全性,不能及时对电力系统进行调整、维护,造成事故多发,影响了煤矿的生产、安全。随着科技的发展和单片机、计算机、光纤通信技术在井下的应用,使得在井上调度室通过计算机监测、监控、调整、控制井下电力系统,确保井下电力系统安全稳定运行成为可能。
一、矿用电力保护监控系统的作用
矿用电力保护监控系统彻底改变了煤矿电力系统管理模式,它把煤矿电力系统的实时运行参数、历史运行参数、电力设备性能参数、电路运行状态显示在计算机屏幕上,呈现在电力调度面前,使电力调度可以正确评估电力系统的安全状态、电力设备性能偏差、故障隐患,在故障发生前指挥机电维修人员及时做出处理,避免事故发生。矿用电力保护监控系统的作用包括以下方面:矿用电力保护监控系统提升了煤矿电力系统的安全性;矿用电力保护监控系统提升了煤矿电力系统的可靠性;矿用电力保护监控系统使煤矿电力系统的使用更合理;矿用电力保护监控系统方便了电力设备维护、维修,减少了电力设备的损坏;矿用电力保护监控系统方便了机械设备的维护;矿用电力保护监控系统方便了管理与考核;矿用电力保护监控系统为节能降耗提供数据依据;矿用电力保护监控系统还可以减员增效,是煤矿自动化生产和信息化管理必需装备的设备。
二、矿用电力保护监控系统的组成和功能
矿用电力保护监控系统是以井下高压防爆开关保护器、低压馈电防爆开关保护器、磁力起动器保护器、照明综合保护器等电力设备保护器为电力设备保护和电网运行参数、信号、状态采集元件。结合计算机技术,光纤通讯技术可以实现以下功能:煤矿电力系统短路、过载、过压、欠压、漏电、断相、电缆绝缘下降等各种保护;电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、用电量等参数遥测;电路运行/停止遥控;电路运行状态、故障信息遥信和电力设备运行参数遥调的综合电力自动化系统。矿用电力保护监控系统是将井下供电自动化、电力设备保护自动化、调度自动化功能集成一体的自动化系统,从而实现井下变电所无人值守,全矿电力系统运行情况监控,运行参数超限报警和自动保护,预防和减少事故的发生。矿用电力保护监控系统主要由计算机、通讯接口、光纤通信环网、通讯分站、RS485总线和底层设备几部分组成。
矿用电力保护监控系统的功能包括:系统生成及实时修改功能、遥测功能、遥信功能、遥控功能、遥调功能、显示功能、故障录波功能、综合保护器故障时音响报警、打印功能、历史数据存储功能、自诊断功能、网络接口功能、软件接口、系统软件自监视功能、人机对话功能、实时多任务功能、权限管理功能。
三、实现井下供电系统无人值守的必要性
井下供电系统是一个特殊的设备动力系统,电缆、线路架设好,变压器、控制开关安装到位,电路通电开始正常工作。但是,路线、变压器、开关等设备都是静止的,电路是否有电,变压器、开关工作是否正常,绝缘好不好,有没有过载、过压、缺相、内部打火现象等异常情况,人是用眼睛观察不出来的,只能依靠仪表测量、显示,再根据仪表显示的状态、数据与记忆中的正确状态、数据进行比较,判断电路工作是否正常。由于现场设备上仪表精度差、数据显示不完整,现场值班人员知识面窄、技术水平不够,甚至有时疲劳、注意力不集中、照顾到的范围小等原因,现场值班人员通过仪表对供电系统的间接监控远远不如以计算机为核心的电力监控系统对供电系统的直接监控效果好。
传统的煤矿电力系统管理模式是:在井下每个变电所安排值班人员24小时值班;电力调度在井上值班;电力调度接到工作面、运输队、通风队等各个用电单位打来的电话得知某条线路停电了或发生问题后,电话通知变电所值班人员检查是哪台开关跳闸或在电路发生问题时断开哪个开关,然后通知机电队检查电路,查找原因。有时,为了保证生产,开关跳闸后不查找原因,强行合闸送电,若能送上,电路带隐患运行,使小隐患变成大问题,直至最后电路或设备损坏。而如果不能送电,多次强行合闸送电,导致线路、设备损坏,甚至发生事故。当发生越级跳闸和较大的电路故障时,电力调度要与工作面及多个变电所值班人员反复查找、核实,确定故障点,控制故障点线路的开关,确定故障性质、故障程度、影响范围、造成后果等情况,根据情况决定解决方法,通知现场人员(或派出人员到现场)处理或上报领导,由领导决定解决方法,组织人员解决。这不但耗费大量时间,影响了生产,而且在整个过程中,从现场人员、井下变电所值班人员、电力调度到有关领导,谁都不清楚电力系统产生故障的原因及设备运行状况、安全状态,更无法掌握电力系统的实时数据、运行曲线,不能对电力系统的安全状态、电力设备性能偏差、故障隐患做出评估,只能被动地等待故障发生,甚至有意给电路送电,让故障扩大,才能找到故障线路,然后再处理故障。总之,不能防患于未然,只能任由(甚至帮助)故障发生,然后再处理故
障,不可避免地使电力系统故障引发的矿井事故随着电力系统故障的发生而发生。
四、实现井下供电系统无人值守的可行性
电力监控系统以计算机为核心,结合单片机控制、检测技术及光纤通信技术、计算机通信技术,对供电系统的每一台开关进行实时监测,监视开关下接线路、负载的电流、电压、零序电流、零序电压、有功功率、无功功率、功率因数、导线绝缘强度(必要时还可以监视开关、变压器、电动机温升)等,以实时数据表、历史数据表、运行曲线、直方图、设备图标、变位显示、声光报警,故障界面(故障设备、发生故障时间、故障产生原因、故障跳闸瞬间电流电压值、故障跳闸瞬间电流电压波形)、供电系统图(随供电系统运行开关变位、参数变化以颜色、图形、数据变化实时动画模拟供电系统变化)等形式在计算机屏幕和监控大屏幕上进行显示。这可以使值班电力调度随时掌握整个供电系统每一条线路、每一台设备的实时数据、运行曲线、运行状况、安全状态,并根据计算机存储的供电系统每一条线路、每一台设备准确的定值和设备固有性能对电力设备性能偏差、故障隐患做出评估,指挥机电人员在生产间隙进行维护、维修,消除故障隐患,减少(甚至避免)故障、事故的发生。
当供电系统发生故障时,通过计算机屏幕和监控大屏幕上显示的实时动画模拟供电系统图和故障界面电力调度可以迅速指出故障点、故障设备、产生故障的原因,指挥机电人员迅速前往处理故障。机电人员可以在开关的保护器上、变电所内通讯分站上和地面计算机上方便地查询故障电路、故障设备发生故障时的运行状况、实时数据以及故障发生前后设备的运行环境,电流、电压值和波形,迅速地对电路的薄弱点、故障的性质、形成原因做出判断,正确地对故障做出处理,保证生产顺利进行。
当发生越级跳闸产生大面积停电时,电力调度可以通过计算机屏幕和监控大屏幕上显示的实时动画模拟供电系统图和故障界面,迅速找到故障点和其控制开关,迅速给因总开跳闸失压而跳闸的无故障开关送电(允许时也可自动送电),使供电系统迅速恢复,保证正常生产。
电力监控系统具有遥测、遥信、遥控、遥调的“四遥”功能,不但可以完成变电所值班人员所作的监视、停/送电、整定、运行记录等各种工作,而且更准确、更迅速、更安全,还能监视、显示电路的运行状态、安全隐患和电力设备的性能异变,这是现场值班人员所无法做到的。变电所安排值班人员值班比电力监控系统远程操作的唯一优势是当变电所开关内部出现故障时可以快速处理;而电力监控系统远程操作需要通知附近的巡检人员赶去处理。但是,如果设备维护得好,开关内部机构的故障率会很低;巡检人员安排合理,赶到变电所处理开关故障比现场值班人员处理也不会耗费过多时间。
在井下每个变电所安排值班人员24小时值班,井上电力调度通过电话指挥变电所值班人员的供电系统管理形式是在没有电力监控系统情况下的一种无奈之举。随着电力监控系统的使用,通过计算机系统对供电系统进行管理,将大大提升供电系统的可靠性、安全性,降低供电系统的管理成本,供电系统在使用、维护、管理、节能降耗各方面都将跨上一个新的台阶。用计算机电力监控系统井下无人值守管理煤矿井下供电系统不但可行,而且比现行的靠人值守管理方式要好得多。根据潞安集团漳村矿、西山煤电东曲矿等用户的近年使用经验,无人值守电力监控系统配合少量高素质、高技术水平机电检修人员巡检、维护,大大减小了供电系统的故障率和设备损坏率,提高了供电系统的安全性、可靠性,每年可节约机电维修费用一、二百万元,机电值班、维护、维修人员减少了三分之二。
(作者单位:赵金周,河南省新乡市技师学院;
陈玉芝,机械工业信息研究院)
