电源快速恢复系统在煤矿供电中的应用

总第192期 03969j0052798201508026 电源快速恢复系统在煤矿供电中的应用 柳 丛 (潞安环能股份公司供电部，山西长治046204) 摘要：文章依据煤矿供电的特点及其特殊要求，提出了在电源事故状态下快速恢复煤矿供电的解决方 案，并通过实验数据论证了该方案的可行性，为煤矿在电源故障状态下实现“风机不停转，瓦斯不超限”的 目标提供了切实可行的办法。 关键词：供电安全；事故；电源快速恢复系统 中图分类号： 文献标识码：B 文章编号：10052798(2015)08006103 1 煤矿供电的特点及其特殊要求 11供电在煤矿安全生产中的重要地位 伴随着矿井生产自动化程度的提高，煤炭的开 采越来越依靠大型的机电设备，而电力作为机电设 备运转的主要能量提供者，直接影响到矿井的安全 与生产。一旦供电中断，则会出现风机停转、瓦斯积 聚、水泵停转、涌水不能及时排出等各种不安全因 素，增加井下事故的风险。因此，供电在煤矿安全生 产中有着举足轻重的地位。 12煤矿供电电源系统的构成方式 依据煤矿安全规程第四百四十一条的规定： 矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停 止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。正常 情况下矿井电源应采用分列运行方式，若一回路运 行另一回路必须带电备用。目前煤矿的供电电源 均采用这两种方式，若双回路来自同一变电站的不 同母线段，大都采用分列运行方式，若双电源来自不 同的变电站，大都采用一用一备方式。但这两种方 式均存在一个相同的问题，即一旦带负荷线路发生 故障将造成矿井的大面积停电。 13 高瓦斯矿井对煤矿供电的特殊要求 煤矿安全规程第四百四十一条的规定，停电 后保证主要通风机等在10 但在高瓦斯矿井 停电10 和超限，对矿井的安全造成极大的隐患，因此高瓦 斯矿井对供电的要求就会更为严格。要快速恢复矿 井供电，只有依靠一定的自动装置来代替人工操作。 2 电源快速恢复系统方案设计 21 系统研究的必要性 供电电源的安全对煤矿的安全生产有着至关重 要的作用目前在电源故障情况下，各煤矿企业广泛 采用的是备用电源自投和人工恢复送电的方式，这 种方式需要或长或短的时间影响因素比较多，主要 存在以下几个问题： 1) 恢复时间不确定，现场人员的专业素质对 事故处理的快慢、恢复送电时间的长短起着关键作 用： 2) 需要花费大量的人力物力进行恢复： 3) 安全性差，由于缺少判断依据，可能误操 作，造成安全隐患。 值得注意的是这种方式实现不了煤矿“风机不 停转，瓦斯不超限”的目标。因此，研究煤矿企业供 电电源恢复的确定性和快速性是非常必要的。 22系统的设计目标 1) 通过切换装置来实现“风机不停转瓦斯 不超限”的目标： 2) 通过备自投装置的多重逻辑判断，实现变 电站快速恢复供电的目的： 3) 通过顺序控制装置解决恢复供电过程 中，主扇未启动或启动时间不足瓦斯未达标误送井 下电源的目的。 23系统的设计方案 本系统利用先进的微处理器、通信、控制等新技 术采用南瑞继保公司的置来实现上述设计目标设计方案如下： 1) 装置的基本原理如图1所示。在图1中， 若进线开关1络5为 分段开关的备用切换。图中母线分别由I 回电源进线、回电源进线进线供电，进线开关 1络开关5任一供电 收稿日期：2015者简介：柳丛(1964一)，男，辽宁彰武人，工程师，从事煤矿机电管理工作。 61 柳 丛：电源快速恢复系统在煤矿供电中的应用 第24卷第8期 线路发生故障时，快切装置根据系统故障情况，断开 进线开关12合联络开关5母、 母均由无故障的进线电源供电，保证母不失 电。也可采用手动控制进线开关12 联络开关5行进线电源开关的切换。 ： 3 l l = 图1设计方案 在图1中。若进线开关1络开关52转换为进线开关的快速切换。图 中联络开关5换在1双向进行。当带负荷运行的供电线路发生故障 时。快切装置根据系统故障情况，自动跳开运行中的 进线开关，将备用电源进线开关转入运行， 母均由无故障的进线电源供电，保证母不失 电。也可手动控制进线开关1行 电源进线的切换。 在感性负荷比较大，1弹簧机构、永磁机构)，母线残压较高(90 V)左右 可以在100 上下所有负 荷都保证了正常供电，实现了供电的连续性；在感性 负荷比较小，或1致母线残 压衰减较快时，快速切换功能将自动转换为后备功 能即备自投功能，这时有“欠压保护”的设备将中断 供电，其余设备仍将能保证供电的连续性。然后通 过逻辑控制决定“欠压保护”中断供电的设备何时 恢复供电。 2) 快速切换功能介绍：快速切换：指在母线 上的电动机等感性负载的反馈电压与备用电源电压 的相位角差在没有超过电动机允许承受的合闸冲击 电流之前合上备用电源。若快速切换成功，系统失 去电源时间应在100 实现“风机不停转， 瓦斯不超限”的目标，但在实际切换过程中是否能 保证实现电源的快速切换，与备用开关的固有分合 62 闸时间、母线当前的负荷情况等诸多因素相关。 同期捕捉：指采用母线电压的频率实时跟踪技 术，计算当前母线上的电动机等感性负载反馈电压 与备用电源电压的率频差值以及相位角差值变化速 度，预测第一次同期点的时刻并且根据开关的固有 合闸速度，提前发出合闸指令，确保相位差在零度时 合闸。考虑到开关合闸时间的离散性。可适当放宽 相位角差的范围，只要在过零点附近的小角度范围 内均可合闸。越前相角切换和越前时间切换一般只 投入一种，由于越前时间切换对切换过程中频差、相 差的动态变化过程有充分的考虑，所以建议投入越 前时间切换。 3)备自投功能介绍：若快切不成功装置能 自动启动备自投功能，实现快速恢复供电的目的，但 备自投功能不能实现“风机不停转，瓦斯不超限”的 目标，只能加快供电恢复过程，基本上可以保证在 35 由于停电时间较长，此 时有“欠压保护”的设备将中断供电。所以备自投 通常只作为快切切换的后备切换。 装置的备自投功能通过两种方式实现，一种是 残压切换，另一种是长延时切换，两种方式的基本功 能介绍如下：残压切换是指工作电源切除后在母线 电压下降到额定电压的2040后合上备用电 源，保证电动机所受的合闸冲击电流不致过大，恢复 供电的时间在12 延时切换是切换的总 后备在定值设定的延时时间内如果不进行合闸操 作即上述的切换均不成功，则延时结束后(一般为 3 5 s)长延时切换条件满足。 3 系统的现场模拟实验及应用效果 31现场模拟实验 为了验证该装置动作的可靠性。我们选择了一 座35 验结果如下： 实验一： 运行状况：1实验情况： 第1次：人为拉开10 上 下所有所有负荷都保证了正常供电，实现了供电的 连续性。 第2次：人为拉开36 118 上下所有所有负荷都保证了 正常供电，实现了供电的连续性。 实验二： 运行状况：1实验情况： 第1次：人为拉开18 上 2015耳8月 柳 丛：电源快速恢复系统在煤矿供电中的应用 第24卷第8期 (上接第60页)造型美观、隐蔽性好。井下安装27 套矿用隔爆摄象仪。井上部分分为2部分，生产监控 为22台摄象仪保卫监控34套摄象仪，其中已安装 10台摄象仪。 线路传输部分的作用是把现场摄像机发出的视 频信号传送到控制中心，它一般包括线缆、调制与解 调设备等。 系统控制部分负责所有设备的控制与图像信号 的处理与显示系统现场过来的视频信号经光端接 受机转换为视频信号进入视频分配器，分为两路。 一路通过矩阵切换器显示到电视墙和大屏幕另一 路进人硬盘录象机。网络传输部分是将录像机采集 到的视频信号上传至网络中，提供客户机随时查看 监控图像和录像。 3系统主要特点 系统采用高性能低照度的摄象机，可获得清晰 的图象；所有摄象机均安装在全天候防护罩内，以确 保在任何天气情况下均能正常工作。采用光缆方式 传输视频和控制信号，使整个系统更加可靠、安全： 通过硬盘录象机可以实现对图象的分割、切换、录 象、抓拍、回放等功能；具有强大的网络功能，视频服 务器可通过网，能将图象上网传输、显示，可与其它系统实现 联网监看，从而实现公司控制高效生产的目的。 4系统效益 电视监控系统提供给指挥中心的是直观的现场 图象，指挥人员和有关领导可借助该系统来监视、了 解和管理井下及地面的各个重要生产环节和有安全 隐患的地点。工业电视监控系统通过网络又可以将 采集到的图像传至矿领导及有关科室随时查看使 有关领导及时掌握