煤矿供电防越级跳闸保护系统方案

煤矿供电防越级跳闸保护系统

——DMP5000数字式变电站介绍及架构供电系统是矿井安全生产的基础环节，随着采煤工作面向井下延伸，矿井供电距离较长，供电级数多，关系复杂，继电保护计算难度大，造成越级跳闸现象不可避免的发生，威胁矿井安全生产。为预防越级跳闸，减少事故跳闸的次数通过研究提出了对井下高爆开关更换了防越级跳闸保护系统预防越级跳闸的供电网络技术方案。这一方案的原理是，借助数字化变电站技术，通过使用高速大容量的最新处理技术及高精度同步时钟的专利技术及基于高速光纤通信网络的光纤纵差保护模块、全站零序电流的漏电保护模块，来解决煤矿供电系统广泛存在的越级跳闸问题，提高供电系统的供电可靠性。

数字化变电站目前是由智能化一次设备、网络二次设备在IEC61850通信规基础上分层构建能能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。我矿现设计装设的数字化变电站系统为DMP5000数字化变电站系统。

现根据DMP5000数字化变电站系统架构过程对其进行介绍：

1、概述

DMP5000系列数字化变电站系统是基于IEC61850架构的新一代变电站自动化系统，能实现变电站智能电气设备间信息互享和互操作的现代化变电站。系统对变电站系统模型、二次功能模型进行描述，对应用与通信技术进行分层处理，由过程层、间隔层、站控层3个层次构成。过程层与一次设备紧密相连，完成数据采集及执行操作、数

据传递；间隔层实现变电站设备的保护与控制，并实现相关的控制闭锁和间隔级信息的人机交互功能；站控层完成对站间隔层设备、一次设备的控制及与远方控制中心、工程师站及人机界面通信的功能。

本系统具有以下特点：

1、系统基于IEC61850的架构和应用模型及功能描述；

2、过程层数据通信装置采集全站数据，实现全站采样数据共享；

3、系统能接入第三方装置，系统扩容方便快捷；

4、过程层采集装置高速采样，速率达12.8K/S，能满足录波装置及后续新的应用分析；支持光纤以太网，能实现与电子式互感器通信；

5、保护装置接收全站采样数据，单台保护装置能完成48个间隔的保护及测量，各个保护之间在装置部互相配合，大大提高保护的可靠性；

6、保护双重化配置，安全可靠，任一设备故障能及时告警，且不影响整个系统运行；

7、大大减少一次电缆及二次设备，降低前期投入及后期维护费用；

8、系统改造简单，易于扩充。

2、系统架构

在互感器和开关处就地加装智能终端装置实现模拟量数字化传

输和开关、刀闸的数字化操作。过程层网络采集装置与通信装置之间采用双光纤网通信，数据速率value="3" UnitName="m">3M，满足9

通道实时数据传输；站控层网络采用单网或双网通信，通信方式为工业以太网。保护装置与通信装置采用双重化。

变电站采用两套复用的保护测控装置，每套保护测控装置由两台独立的保护测控装置构成，其中一台保护测控装置主要完成单间隔保护，如线路保护；另一台保护测控装置主要完成跨间隔保护,如主变、差动及备自投保护。

数字化变电站系统整体架构：

图中智能终端装置能就地采集8路模拟量和22路开入量，8路开出量及操作回路。模拟量采样频率为256点/周期。分为户、户外两种装置。

数据通信装置通过value="3" UnitName="m">3M光纤接口汇总各采集装置的实时采样数据，通过高速光纤传递给保护测控装置。

保护测控装置通过光纤接收采样数据和发送控制命令，能实现48个间隔的保护测控功能。

采样数据通过光纤传递给数据通信装置A、B，通信装置A、B分别把数据传递给保护测控装置A、B。其中装置A、B为双重化的两套设备。数据智能终端装置的数据汇总到数据通信装置，每个通信装置向各自网络的保护测控装置传递全站数据，采样数据使用由保护测控装置决定。智能终端装置接收来自保护测控装置的控制命令并执行出口。通信装置由同步机对时和同步，并控制智能终端装置全站同步采样，并对保护装置、测控装置和采集装置授时。

3．过程层设备

过程层设备主要包括电子式互感器、智能一次设备。本站改造没有选用电子式互感器，使用传统互感器加智能终端实现模拟量数字化。

过程层设备与过程层网络设备之间采用点对点的通信方式，通信介质为光纤。过程层设备具有自我检测、自我描述功能。

3．1互感器的配置：

互感器按间隔配置，每个开关间隔配置一组电流互感器。

每段母线配置一组电压互感器；

3．2智能终端：

智能终端装置在本系统为智能终端装置，是将传统一次设备接入过程层总线的设备，它输入开关位置、刀闸位置、状态信息及接收传统互感器的模拟量信号，输出跳合闸命令及告警信号，带有操作回路。

3．3智能终端装置的基本功能：

通过过程层网络给间隔层设备提供一次设备信息，接受间隔层设备的控制命令；

采集传统互感器的模拟量信息并进行AD转换，接受电子互感器的光信号；

采集开关及刀闸的位置信号、状态信息、输出跳合闸命令；

本体智能终端输入非电量、档位等信号，输出档位控制、风扇控制等接点。

3．4数据通信装置的配置：

数据通信装置为全站数据的合并器，单台数据通信装置能接收多达48路采集装置的实时数据信号，汇总后以光信号对保护控制装置提供采样数据，也可经过协议转换设备与第三方装置进行数据交换；

在本站，配有两台数据通信装置，采用双重化配置；

接收来自同步装置的同步采样信号及授时，并对保护装置进行授时，对采集装置进行采样同步，实现采集装置的同步采样功能；

给智能终端装置传递来自保护装置的控制命令；

同步装置接受来自卫星的同步时钟或与所变电压同步，能进行全站对时和对通信装置进行同步命令，并通过通信装置控制智能终端装置进行同步采样。

4.间隔层设备

间隔层设备含有保护及测控设备、测量表计等。对本站数字化改造中，配有四台保护控制设备及若干表计。

保护测控设备由高性能的32位浮点DSP构成保护测量回路，由32位CPU实现通信及显示功能，单台保护测控装置能在2mS完成变电站所有保护及测量功能，各个保护测控功能之间采用多线程调度模型，线程与间隔之间采用对应模式，任一保护故障不影响其他保护功能运行。所有通信数据依照IEC61850建模，具有完善的自我描述功能，与站控层之间采用100M以太网通信。

保护测控装置组屏安装，共有四台装置，其中每两台保护测控装置构成一组，完成变电站所有一次设备的保护控制，包括35KV线路保护、主变保护、10KV线路保护、母联开关保护、电容器保护、备自投、无功控制。非电量保护由智能终端装置直接完成。

变电站由完全相同的两组保护控制装置构成，两组保护装置采用“或”的关系，任一组设备拒动不会导致开关拒动。在同一组的两台保护装置，由于接受了全站采样数据进行综合判断，保护的可靠性大大提高；同时，每组保护装置的下发命令带有自我描述信息，采集装置接受来自同组的不同保护装置的控制命令并进行分析，确保任一保护误动不会导致智能终端装置出口从而导致开关误动。

电能表计：

采用数字电能表计，表计组屏安装，实时采样数据从数据通信装置获得。