布沼坝露天矿排水泵站双回路电源失压的继电保护.pdf

露天 采矿技 术 2 0 1 4年第9 期 7 1 D O I ： 1 0 1 3 2 3 5 c n k i 1 t c l n 2 0 1 4 0 9 0 2 3 布沼坝露天矿排水泵站双回路 电源失压的继电保护 王 红 昌 ( 云南省 小龙潭矿务局 ， 云 南 开远 6 6 1 6 0 1 ) 摘要： 排水是保障露天矿安全生产推进的重要技术措施 ， 防排水设备运行 的可靠度 ， 对煤矿安 全生产起 着决定性的作用。目前 大型露天矿重要设备或设施的供 电都采用双电源配置， 同时双 电 源的供电控制基本采用失压保护 ， 双回路 电源 中任何一回路 出现失压欠压故障时 ， 另一回路还可 以安全满负荷供 电运行 ， 基本杜绝长时间故障停电事故。 失压保护是供 电系统常用的一种保护功 能， 也是最有效的方法之一， 露天矿排水关系着生产持续和安全， 长时间停电事故将带来大面积 洪涝灾害， 对露天矿排水泵站双回路供 电应用失压继电保护进行 了分析 。 关键词： 露天矿 ； 排水泵站 ； 高压 ； 继 电保护 ； 控制 中图分类号： 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 4 ) 0 90 0 7 10 3 Re l a y p r o t e c t i o n o f d o u b l e l o o p p o we r v o l t a g e f a u l t i n Bu z h a o b a o p e n - p i t mi n e d r a i n a g e p u mp i n g s tat i o n W ANG t i o n g c h a n g ( Y u n n a P r o v i n c e X i a o l o n g t a n Mi n i n g B u r e a u ， K a iy u a n 6 6 1 6 0 1 ， ( Ab s t r a c t ： Dr a i n a g e i s a n i mp o r t a n t t e c h n i c a l me a s u r e t o e n s u r e t h e o p e n - p i t mi n e s a f e p r o d u c t i o n T h e r e l i a b i l i t y o f d r a i n a g e e q u i p me n t o p e r a t i o n p l a y s a d e c i s i v e r o l e i n c o a l mi n e s afe t y p rod u c t i o n At p r e s e n t ，t h e po we r s u p p l y o f i mp o r t a n t e q u i p me n t o r f a c i l i t i e s i n l a r g e o p e n- p i t mi n e a d o p m d u al p o we r d i s t r i b u ti o n At t h e s a me t i me ，po we r s u p p l y c o n t rol o f d u a l p o w e r b a s i c a l l y a d o p t s t h e v o l t a g e f a u l t p r o t e c t i o n Wh e n a n y l o o p i n d o u b l e l o o p p o w e r a p p e a r s v o l t a g e f a u l t f a u l t ，a n o the r l o o p c a n b e s a t e a n d f u l l l o a d o p e r a t i o n t o a v o i d l o n g t i me fau l t a c c i d e n t Vo l t a g e f a u l t p rot e c t i o n i s c o mmo n l y a k i n d of p rot e c t i o n f u n c t i o n i n po we r s u p p l y s y s t e m a n d i s als o o n e o f t h e mo s t e ff e c t i v e me t h o d s Op e n - p i t mi n e d r a i n a g e r e l a t e s t o p r o d u c t i o n c o n t i n u i ty a n d s a f e t y ，mi d l o n g t i me p o we r c u t a c c i d e n t w i l l b ri n g l a r g e a r e a fl o o d d i s a s t e r Th e a r t i c l e a n a l y z e s r e l a y p rot e c t i o n o f d o u b l e l o o p p o we r v o l t a g e fau l t i n o p e n p i t mi n e d r a i n a g e p u mp i n g s t a t i o n Ke y wo r d s ：o p e n p i t mi n e ； d r a i n a g e p u mp i n g s t a t i o n ；h i s h v o l t a g e ；r e l a y p rot e c t i o n ；c o n t r o l 布沼坝露天矿 ( 以下简称露天矿 ) 是小龙潭矿务 局下属的露天开采煤矿 ，也是西南片区主要褐煤生 产的能源基地 ， 年产量突破 8 0 0万 t ， 主要负责周边 电厂供应电煤和部分化工用煤 ，露 天矿经过 5次技 术改造和生产能力扩建 ，使露天矿发展成为生产技 术先进 ， 机械化程度较高的现代化露天矿， 经过多年 纵深开采 ， 多层次深部降段扩充采掘面 ， 露天矿底层 与顶部落差近 2 5 0 i n ， 东西帮相距 2 3 k m， 南北帮相 距 2 k m的大型露天煤矿 ，在这样大型露天矿工作 面的底部 ， 将汇聚来 自不 同方向的汇水 ， 需要把这些 汇水排 出， 必须建设一个可靠安全运行的泵站 ， 同时 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 2 7 作者简介：王红昌( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 布依族， 云南罗平人， 工 程师， 2 0 0 4年毕业于云南民族大学， 副主管， 主要从事电气自 动化维护、 维修和设备管理等方面工作。 需要为泵站提供安全可靠的双回路 电源。 布沼坝露天矿坑底排水泵站是露天矿安全生产 的重要场所 ，主要为露天矿采剥台阶汇积水的主排 水设施 ，同时是露天矿雨季洪涝灾害防排水的重要 设备， 露天矿因采剥台阶呈梯田式露天开采 ， 坑 口宽 大易积水 ， 加之采剥 台阶逐层 降段低于河 、 溪 、 沟等 汇水面形成落差 ， 各层 台阶汇水集中于露天矿坑底 ， 需要统一排出坑外。露天矿排水泵站就是坑底排水 的唯一设备设施 ， 其安全运行和保障显得十分重要 ， 按照露天采矿安全技术标准，露天矿重要设备设施 都必须采用双 回路电源模式 ， 配电装置的高压及低压 母线都采用单母线分段接线，以保证供电连续性【 ” 。 高压母线亦可采用分段单母线带旁路母线或双母线 的接线 ， 当任一回路发生故障停止供电时， 另一回路 应能担负露天矿设备设施供 电负荷嘲 ， 露天矿排水泵 7 2 露天 采矿 技 术 2 0 1 4 年第9 期 站也不例外 ， 在双回路 电源的供电方面 ， 煤矿采取有 失压的继电保护功能，就是双回路电源其 中的一 回 路有故 障或失压 ， 另一回路必须保障供电正常， 同时 满足泵站的正常运行负荷。 1 失压与继电保护的原理及危害 1 1 失 压 保 护 的 原 理 失压或欠压保护就是当电源停电或者 由于某种 原因电源电压降低过多( 欠压 ) 时 ， 保护装置能使负 载 自动从电源上切除【 1 。 由于短路故障等原因 ，线路电压会在短时间内 出现大幅度降低甚至消失的现象 ，线路出现欠压或 直接失压 ， 保护脱钩线圈电流将减小或消失 ， 电磁力 不足或失去电磁力以吸住动铁心 ，因而能断开主电 路 电源 。 当线路三相电压不平衡或电压降低到临界 电压 时， 保护脱钩线圈铁芯失去电流脱钩 ， 起到保护线路 的作用 。 1 2继 电保 护 的原理 继电保护技术是一个完整的体系它主要 由电 力系统故障分析 、 继电保护原理及实现、 继 电保护配 置设计 、 继电保护运行及维护等技术构成。 继电保护 装置作用是保证电力元件安全运行的，以快速恢复 电力系统的完整性， 防止和中止已经开始发生的足以 引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故I 4 1 。 1 3泵站 的失压 危 害 排水泵站使用的水泵都是大排水量高扬程 的水 泵 ， 采用 6 k V高压供 电， 水泵运行过程中最担心的 问题是 电源短时断电， 将造成以下几方面的危险： 1 ) 电源中断 ， 全站失电 ， 阀门无法关闭 ， 高扬程 水柱倒流 ， 产生很大的水锤撞击 ， 严重的会造成人员 伤亡和设备损坏等重大安全事故和财产损失 。 2 ) 水泵因倒流水产生倒转 ， 带动电机反方向转 动 ， 容易使电机产生反向磁场， 损坏转子铁芯。 3 ) 雨水季节 ， 排水泵站出现大面积停电， 会造成 洪涝灾害。 排水泵站应用失压继 电保护功能 ，主要防止供 电电源失压后 ， 控制回路电源持续保障， 及时对主回 路供电控制进行有效操作 ， 满足排水安全的需要【 5 l 。 2 露天矿排水泵站双回路供电的工作原理 2 1 排水泵站的高压一次回路工作原理 露天矿排水泵站供电双回路电源采用“ 二” 字型 并列进线供 电( 如图 1泵房高低压双回路供 电一次 示意 图) ， 每路进线都带有隔离 、 失压和过电流等保 护功能。 控制电源母线 l -l Q S 、 2 Q S、 3 Q S、 4 Q S ： 隔离开关 ； 2 -I Q F、 2 Q F、 3 Q F： 带关压 真空断路 器 图 1泵房高低压双回路供电一次示意图 1 ) 双回路进线。双 回路从变 电站至水泵房都采 用钢芯铝绞线架空布置，末端再 由电缆引进高压进 线柜 ， 高压进线柜具有隔离 、 电控断路 、 防雷 、 缺相 、 失压等保护功能 ， 双回路进线直接对 I、 分段母线 供 电。 2 ) 高压柜布置。 高压母线采用分段式布置 ， 每段 母线两端都带有相 同的负载 ， 2段母线之间采用分 段方式隔离 ， 当 I 段失压或供电故障时 ， 经过联络控 制的方式 ， 段可 以向 I 段高压母线供 电。 同时 I段 和 段高压母线都带有控制变压器 为控 制母 线供 电， 控制母线的取 电方式采用优先转换负荷开关 ， 当 I段母线有电时 ， T 1 变压器为转换负荷开关上端头 1 电， 同时 段变压器 rr 2也为转换负荷开关上端 头 2供电 ，正常情况下转换负荷开关上端头 1 和 2 都有电，这样就需要为转换负荷开关设置优先级为 先 1 后 2 ， 当转换负荷开关上端头 1 无电时 ， 也就是 I段高压失压后 ，转换负荷开关将 自动转换到转换 负荷开关上端头 2上 ， 反之 ， I 段高压母线供电正常 时 T 1 变压器使转换负荷开关上端头 1 得电， 转换负 荷开关又 自动优先转换到 I 段供 电，因而控制母线 能够保证双 回路电源同时供 电，保证排水泵站控制 系统正常运行 。 2 2 排 水 泵站 失压继 电的保 护控 制 原理 失压继电保护是电力系统的一种保护措施 ， 露 露天 暴矿 技 术 2 0 1 4 年第 9 期 7 3 天矿排水泵站采用失压继 电保护是为了保证 2 段母 线可以正常串联工作 ，如图 2为泵房双 回路供电开 关控制原理图。主要控制原理为 ： 2段母线采用双回 路 电源独立供电， 控制电源 由控制母线提供 ， 当 I 段 高压母线发生失压故障后 ， 由联络控制回路启动 ， 段高压母线向 I 段高压母线供电 ， 反之 ， I 段高压母 线由联络控制 回路 向段高压母线供 电。 同时 ， 联络 控制还可以进行手动控制联络 I、 高压母线。 这样 就能到达高压双回路 电源失压继 电保护的实现 ， 确 保排水泵站安全供 电的 目的。 1 进线控制回路2 进线控制回路两段联络控制回路 图2 泵房双回路供电开关控制原理图 2 3 排水泵站应用失压控制双回路供 电的优 势 露天矿排水泵站是露 天矿生产的重要场所 ， 采 用双回路 电源供电 ， 按照正常的供 电模式 ， 每路电源 独立工作 ， 也能满足生产运行 ， 但是遇到特殊气候或 暴风雨季节 ， 若出现双回路中 1回路出现失压故障 ， 一 时难以恢复 ， 影响时间很长 ， 可 以导致排水泵站造 成洪涝灾害的危险。煤矿采用双 回路 电源供 电的同 时 ， 设备采取分段式运行 ， 高压母线段之间又采用失 压继电保护进行联络， 从而提高双电源供电能力。 在 设备设施资金投入方面 ，常规供 电模式上可以减少 高压母线和联络控制部分的资金投入 ，但是遇到双 回路其 中 1 路 出现故 障时 ，排水能力就将缩减 1 2 的能力 ，降低泵站安全运行的概率 。根据季节 的变 化 ， 在旱季可 以根据水量的需求 ， 双 回路电源采用分 列运行方式 ， 1回路运行时另 1回路必须带 电备用 ， 达到节能的效果 。虽然采用双回路电源失压继电保 护供电时 ， 增加了设备硬件资金的投入 ， 也提高了泵 站排水 的安全效率。 因此 ， 露天矿排水泵站双回路失 压继电保护有利于设备安全运行 ，同时比常规供电 模式具有更好的经济效益。 3 结语 大型露天矿防排水是露天矿生产的重要技术措 施 ， 排水泵站设备是防排水保障的主要设施 ， 特别是 南方大型的露天矿 ， 因为地势 的原因 ， 四面环山， 露 天矿采剥工作面敞开就像一台大大的接水盆，这样 条件需要露天矿在排水方面必须加强重视 ，每年雨 季是露天矿洪涝灾害预防的重点时段 ，雨季又是多 雷大风 ， 对线路供电也是一种危害 ， 雷是电网供电冲 击最严重的因素之一 ，而排水泵站在这时节是重要 的保护设施 ， 排水泵站运行的安全与否 ， 关系着露天 矿生产 的持续发展 ，本着露天矿排水泵站供 电电源 的保障和失压继 电保护的应用 ，继续对露天矿排水 泵站安全运行问题进行深入研讨 ，不断地推广供电 电源保 障的新技术和工艺，同时从露天矿年排水量 和季节排水泵运行等规律人手 ，深入分析露天矿长 远排水工艺的探索与规划 ， 做到经济又节能。 参考文献： 1 张长勇，李志刚，费江海 带瞬时失压保护功能的井 下馈 电开关的研制 J 工矿 自动化， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 4 2 同向前 ， 苏文成 ， 余健明 供电技术 ( 第 4版) M 北 京 ： 机械工 业出版社 ， 2 0 0 8 ： 5 4 3 程逢科 ， 李公静 电气二次回路应用入门 M 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 9 ： 1 1 4 4 陈少华 ， 陈卫， 何瑞文 电力系统继电保护 M 北京： 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 9 ： 1 9 5 崔凤录 煤矿井下实用电气技术及故障处理 M 北 京 ： 煤炭工、 I 出版社 ， 2 0 1 2 ： 1 3 9