煤矿35kV变电站的继电保护系统改造.pdf

180/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言矿区变电站是中低压配电网中的重要组成，常见的变电站有 110kV、35kV 和 10kV 三种，可有效完成电力的输送、分配、监测、管理和控制等工作，满足煤矿生产和生活的用电需求。目前，部分煤矿的 35kV 变电站存在继电保护方案落后和数字化水平低等问题，无法降低变电站的维护成本和提高实际采煤效率，如何应用微机保护的优势做好 35kV 变电站的升级，成为矿企提高核心竞争力的关键。下面将结合煤炭工业矿井设计规范，进行继电保护系统改造的分析。1 微机保护概述 1.1 基本构成微机保护主要由信号输入、测量、逻辑判断和输出执行构成。信号输入指变电站中一次系统信号向二次系统信息的转化；测量是对实际数据和整定值的对比分析，实现对逻辑信号的简单转换；逻辑判断中会基于不同保护方式，合理应用逻辑信号并得到逻辑结果；执行输出则是对上一步逻辑结果的落实，同时也要进行现场处理反馈1。1.2 保护原理 微机保护与传统继电保护的硬件冗余方法不同，会在输入输出口 I/O 持续与外部交换信息下，借助多重保护配置的手段，降低通电故障对供电系统整体的影响，同时微机保护还具有实时监控的功能。一般微机保护的多重保护配置中，多个微机硬件的应用可实现瞬时三段式主保护、定时限过电流后保护等。1.3 软硬件系统 在微机保护中，硬件系统可视为模块化的集成系统，能将不同功能的模块实现合理组合，丰富集成系统的功能，发挥模块化系统的保护价值。一般模块化系统主要包括数据采集、I/O 输入输出、人机对和电源等系统。在软件系统中则主要有保护主程序和中断服务程序，前者主要有监视功能，借助循环自检的方式对整个变电站系统的运行情况进行了解，并对故障进行处理。后者会在中断脉冲来临时执行中断服务程序，此时微机保护具有较高的瞬时性处理能力，可高效进行故障的处理。2 继电保护的选择优化以某煤矿的变电站运行为例，进行常见故障分析，确保在进行继电保护改造后，发挥继电保护装置的应用价值，实现对全站线路、母线、变压器和电容器的常规保护，一般各部分所涉及的继电保护功能可参考表 1。下面将参考微机保护的价值及原理，进行 35kV 变电站的继电保护改造2。2.1 母线保护 母线保护分两种，一种为专用保护，另一种是在稳定的终端变电站中应用相邻设备的保护装置进行保护。考虑到35kV变电站无需进行频繁的调度且线路距离较短、负荷密度不高，可以在主保护中应用瞬时电流速断和限时电流速断的保护方法，后备保护选择过电流保护，借助常见的三段式电流保护，能提高母线保护效果。需要常志丹（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西长治 046699）摘要：在对变电站微机保护进行概述的基础上，结合矿区 35kV 变电站的运行实际，基于母线、馈线、变压器等方面的运行情况，针对变电站主要设备进行继电保护方案的研究，完善继电微机保护系统，提出自动化升级的框架。以期望可以提高变电站的继电保护改造效果，满足生产用电需要。关键词：35kV变电站；继电保护；微机保护煤矿35kV变电站的继电保护系统改造表1 矿用变电站的常见保护配置类别微机保护功能配置变压器纵差保护、瓦斯保护、过负荷保护、过电压保护、零序过电流保护、压力释放电容器单台熔断器保护；电流速断保护联络开关速断、过电流、备自投35kV 线路低周减载、三段过流保护、三相一次重合闸、零序过电流保护6kV 线路三相一次重合闸、三段过流保护、低周减载2023.7 矿业装备/181注意的是，在微机保护应用中，还需关注维护保护屏的低周减载功能，支持井下负荷的控制工作。2.2 变压器保护 变压器作为 35kV 变电站运行稳定性的关键保障，需要参考其功能性和造价高等特点，积极借助多重的微机保护配置，提高对变压器的保护效果。既要确保变压器保护能对故障进行快速处理，也要求具有变压器监控的功能，提高变压器的运行质量。在该变电站中，应用了瓦斯保护、过电流保护、过负荷保护和纵差保护，同时微机保护装置有着监视模块，能支持对变压器油压、温度的监控与报警。2.3 变电站馈线保护 在煤矿中，若变电站 6kV 的供电线路较长，同时井下开采作业对电力负荷的稳定性要求较高时，需要在继电保护中主要借助瞬时速断进行主保护，然后副保护应用定时限过电流配备的方式，且关键的馈线还需要注重三相一次重合闸的配置。在该矿的继电保护中：瞬时速断保护应当结合线路末端的短路电流值进行合理整定，具体计算主提升机、副提升机、压气机、风井一、风井二、运行维护厂、原煤加工厂等方面的瞬时速断保护电流，同时也要对地面与井下的低压瞬时速断保护电流进行计算；定时限过电流保护也应对各设备进行过流保护电流计算；三相一次重合闸的配置需要关注微机设备的功能性。2.4 电力电容器保护 一般在煤矿 35kV 变电站中有着较多的感性无功发生设备，应当针对性的进行电容器配置。在实际的变电站运行中，6kV 母线应用中其无功补偿会借助电力电容器的配置来实现。不过，当电力电容器存在故障时，一方面会应用母线运行产生冲击，另一方面会使无功功率进入故障暂态干扰系统稳定性，需要配置保护方式。具体而言：在内部故障中，需要应用单台熔断器的方式进行保护；在外部故障中，需要应用电流速断的方式进行保护，需要注意的是，在保护中构建不完全星形接法时，需要微机保护做好两相电流数据的采集3。3 变电站的数字化升级在进行 35kV 变电站的继电保护优化后，还应关注变电站整体的数字化升级，可以更好地提高继电保护的效果。一般数字化变电站为分层分布式结构，主要由站控层、间隔层、过程层构成。3.1 过程层过程层设备有合并单元、电子式 PT/CT 和各类一次设备等，其中设置的通讯管理主机可以完成各类数据的采集和处理。在完成向间隔层的数据传输后，支持继电保护和各类控制功能的落实。具体会配备 ML2400 光纤以太网交换机，与过程层的保护装置、综合监控设备等方面进行连接。3.2 间隔层间隔层设备有安全自动装置、电能计量装置和各种保护测控装置等，主要为微机保护和其他监控设备。一般主控室内集中设有测控装置、35kV 线路微机保护屏与主变压器微机保护屏，同时低压和 6kV 馈线保护测控装置和开关柜一同选择分散布设的方式。在数据传输中，间隔层网应用国际标准的 IEC61850（TCP/IP）协议，并以光纤构建星型网络拓扑结构，可以提高数据在井下的传输效率。3.3 站控层站控层设备有主机、远动通信设备、工作站和微机防误闭锁系统等，作为系统整体的集成中心、监控中心和遥控中心，站控层具有系统数据采集、显示、处理和监视等功能，在基于权限控制与逻辑应用下，对变电站相应的设备进行保护及控制。站控层网络也应用 IEC61850协议，且与间隔层的网络架构采用双环网通讯结构。4 结语在矿用 35kV 变电站的运行中，基于安全性、稳定性和经济性的考虑，需要进行继电保护系统的改造并进行数字化的升级。具体而言：对微机保护的工作原理、系统组成进行了阐述，可支持继电保护工作的开展；结合矿企实际情况，对变电站主要设备的继电保护方案进行设计；提出了变电站数字化升级的系统结构，明确35kV 变电站的进一步发展方向。最终，在矿企完成变电站的继电保护改造升级后，利于确保生产供电的可靠性。参考文献1 苏昊.35kV 变电站多功能继电保护设计 J.矿业装备,2023(1):154-155.2 王丽琴.煤矿35kV变电站运行管理研究J.当代化工研究,2020(17):171-172.3 张龙.煤矿 35kV 变电站保护系统设计优化 J.江西化工,2019(6):327-328.