蔡园煤矿地面变电所技术改造.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 3 年增 刊 蔡园煤矿地面变电所技术改造 孙洪华。 薛光强 ( 济宁市蔡园生建煤矿， 山东 济宁 2 7 7 6 0 6 ) 摘要本文基于蔡 园生建煤矿地面变电所主要设备技术性能 已不能满足矿 井安全生产供电要求的 实际。 结合矿井自身条件， 以变电所无功补偿、 开关布置、 主接线选用， 设备选型、 配网自动化等方面为 重点 ， 对 6 k V开关柜 、 综合 自动化保护监控 系统、 直流系统进行技术改造 ， 取得 了良好效果 ， 对类似矿 井改造有一定借鉴作用。 关键词6 k V地面变电所 ； 技术改造 ； 6 k V开关柜 ； 综合 自动化保护监控 系统 中图分类号 ： T D 6 1 2 文献标志码 ： B 文章编号： 1 0 0 9 0 7 9 7 ( 2 0 1 3 ) 增刊 一 0 0 3 3 0 3 1 概述 2 主要技术参数的确定 济宁市蔡园生建煤矿始建于 1 9 7 5 年 1 0 月， 1 9 8 2 年 9月建成投产 ， 原设计生产能力为 2 l万 ， 服务 年限为 7 3年 ， 经过技术改造后 ， 矿井核定生产能力为 4 2 万 妇。而地面变电所主要设备技术性能已不能满 足矿井安全生产供电要求 ， 6 k V高压开关柜大多数都 是 7 O 8 0年代产品 ，断路器采用老式 的 D W1 0系列 框架断路器 ， 属于国家明文规定的淘汰产品， 按照设 备折旧年限也到了淘汰更换年限。 老旧高压开关柜运 行过程 中保护功能不齐全 ， 故障率高 ， 已严重威胁到 矿井的供电安全， 因此必须进行技术升级改造 。 2 1 无功功率补偿 无功功率补偿即为把具有容性功率负荷的装置 与感性功率负荷并联接于同一电路，当感性负荷释 放能量时， 容性负荷吸收能量； 当容性负荷释放能量 时， 感性负荷吸收能量。 能量在两种负荷之间相互交 换。 这样， 感性负荷吸收的无功功率可由容性负荷输 出的无功功率中得到补偿【t1 。 无功补偿总容量计算公式为 ： 厂=r一厂 一 Q F P ( V 一 、 ) 2 6 “ 运行验收” 节点 本环节分为两种情况： 若缺陷为 I 类缺陷， 则转 人安技室群组进行验收 ， 安技室填写“ 安技室验收” ； 若缺陷为 I I 类缺陷，则转入对应专业运行班组进行 验收 ， 填写“ 验收时间” 及“ 运行验收” 。填写完毕后点 击“ 合格” 整个流程完毕 ； “ 不合格” 即该缺陷流程 自 动转入“ 检修班组受理” 节点。 3 管理系统特色 3 1 快速反应、 及时准确 在使用缺陷 、 工单管理系统之后 ， 巡检人员可以 及时通过设备点检系统或电脑记录缺陷情况并迅速 通知到值长进行调度处理 ，一定程度上避免了缺陷 汇报内容不全、 汇报不及时等问题的发生。 3 2 职责明确、 提高效率 本系统明确了流程中各个节点相关人员的职责 与权限， 使得相关人员能够准确把握缺陷、 工单处理 情况， 并作出正确操作， 从而提高了工作效率。 3 3 节约资源 ， 节省工时 使用缺陷、 工单管理系统， 所有流程工作全部在 33 计算机上进行处理， 不但节约了大量的书面打印， 而 且还减少了票证在办理过程中的流转时间，降低了 生产成本。 3 4 内容规范、 结构严谨 缺陷、 工单系统的流程设计， 集合了国家相关法 律法规、公司安全生产相关规定以及电厂多年票证 管理经验等多个较为成熟的理念，其规范性和严谨 性不言而喻， 极大程度地提高了缺陷、 工单的可靠性 和实用性 ， 对安全生产意义重大。 4 结束语 东滩矿电厂自2 0 1 2 年使用缺陷、 工单管理系统 以来， 不断地摸索与总结， 结合相关法律法规以及多 年票证管理经验 ，通过制定和完善管理系统使用的 规章制度， 已经使缺陷、 工单管理系统 日臻成熟， 开 始充分发挥其及时、 准确 、 节约、 增效、 规范 、 严谨的 特点，为东滩矿电厂的安全生产提供了强有力的技 术支持， 是一套非常实用的票证管理工具。 ( 收稿 日期： 2 0 1 3 一 l 1 2 8 ) 煤矿 现代化 2 0 1 3 年增刊 其 中： Q 为无功补偿总容量 ， k V a r ； ， c o s 1 , C O S 为补偿前后功率因数值； P为最大负荷月的平均有功 功率， 蔡园生建煤矿经统计计算为 3 5 0 0 k W。 2 2 6 k V配电系统的确定 长期以来 ， 我国煤矿高压供电多采用 6 k V系统， 煤矿安全规程 1 9 8 6 版明确规定 “ 井下各级配电电 压 和各种 电气设备的额定 电压等级高压不超过 7 0 0 0 V ” 。 6 k V供电系统在煤矿已广泛应用多年， 在运 行上已积累了丰富的管理经验，且各种电气产品种 类较多， 质量和性能都能很好地满足要求 。 蔡园生建煤矿总负荷在 4 0 0 0 1 0 0 0 0 k W 之间的 小型矿井， 井下负荷不太大， 曾对配电系统究竟采用 1 0 k V还是 6 k V进行过较为深人的研究 。通过对多个 类似矿井采用这两种配电电压后的经济技术比较， 认 为日前 6 k V设备种类多， 价格较低， 安装维护方便， 电 源采用 6 k V已能够很好满足此类矿井的供电要求。 而 若采用 1 0 k V供电，一方面蔡园生建煤矿不存在 1 0 6 变电环节 ， 且井下电力负荷不大， 不需要再通过提高 电压增加电网的输送能力， 故不能发挥 1 0 k V供电的 优势 ； 另一方面 ， 日前 1 0 k V设备价格比相应的 6 k V设 备高， 且 1 0 k V设备在安装、 运行、 维护方面较 6 k V设 备更为困难， 故宜采用 6 k V作为煤矿的配电电压 。 3 地面变电所技术改造 3 1 6 k V开关柜技术改造 开关柜选用中置抽出式手车， 手车具有运行、 试 验 、 检修三个位置 ， 三个位置均具有可靠的机械 、 电 气双重闭锁功能， 能够防止误操作。 开关柜外壳不低 于 3 m m厚的冷轧钢板 ， 经过喷塑处理， 具有良好的 防腐蚀功能。 开关柜整体密封良好 ， 开关柜之间连接 密封良好 ， 适应潮湿条件。 开关柜内有加装加热器可 去除柜内潮气。高压开关柜具有五种防止误操作的 功能 ， 即防止带负荷分合隔离开关功能、 防止误入带 电间隔功能、 防止误分 、 合断路器功能 、 防止带电挂 接地线功能、 防止带接地线合闸功能。 并做到了电缆 带电打不开高压室 门。 6 k V变电所高压开关柜共计二十台，其中进线柜 二台、 母联柜一台、 隔离柜一台、 变压器柜二台、 电容 器柜二台 、 电压互感器柜二台、 馈出线柜十台。 开关柜 具有性能可靠的闭锁措施。开关柜选用手车移开式， 柜内选用真空断路器， 进线柜和母联柜选用额定电流 不低于 1 2 5 0 A的断路器，其它断路器不低于 6 3 0 A 。 开关柜分二排排列， 贴墙布置 ， 每排 1 0台， 母联柜通 过封闭母线桥架连接。 进线柜电流互感器的二次侧要 具有三组线圈， 其中一组线圈作为今后与主变差动保 护用。馈电柜带有高压漏电保护装置， 保护正常。 采用 1 套配套直流屏具备自动充电功能、 双路交 流自动切换功能、 防雷功能、 免维护蓄电池功能， 同时 采用智能模拟屏、 后台监控机( 含变电站 自动化操作 软件， 一主一备 ) 、 操作员工作站 1 套( 含操作软件 ) 。 继电保护和测控装置应具有 ” 四遥 ” 功能， 能够实现 远控和近控。保护监控系统带有通讯接口， 支持电力 行业通讯规约， 需配 R S 4 8 5接 口和 R S 2 3 2接 口。支持 以太网、 4 8 5 现场总线， 工作正常可以实现无人值守。 3 2 综合 自动化保护监控 系统技术改造 采用 2 套 6 k V进线具备对进线断路器进行远方 遥控功能， 提供的操作回路具备防跳闭锁 ， 可在开关 柜上通过转换开关操作。保护测控装置下放安装于 6 k V开关柜上， 保护测控装置留有足够的保护出口、 遥信采入点， 满足设计要求。 采用 1 套 6 k V分段提供的操作回路具备防跳闭 锁， 可在开关柜上通过转换开关操作。 保护测控装置 下放安装于 6 k V开关柜上，保护测控装置留有足够 的保护出口、 遥信采人点。 采用 1 0套 6 k V馈线 、 2 套 6 k V站用变压器与 2 套 6 k V电容器具备对馈线断路器进行远方遥控功能， 提供的操作回路具备防跳闭锁， 可在开关柜上通过转 换开关操作。保护测控装置下放安装于 6 k V开关柜 上， 保护测控装置留有足够的保护出口、 遥信采人点。 采用 1 套电压并列， 6 k V I 、 I I 段电压互感器设有 并列装置 ， 可手动 、 自动并列 ， 并列需经分段断路器 和隔离开关接点闭锁。微机后台应采集必要的各遥 信量 ， 包括并列信号 、 位置信号、 装置故障信号。 6 k V测量 、 计量电压小母线均需并列 ， 并列点均不少 于 9 个。 保护测控装置下放安装于 6 k V开关柜上， 保 护测控装置留有足够的保护出口、 遥信采人点。 后台监控功能具有遥控、 遥调功能。 可对所有电 压等级的断路器进行遥控，对主变分接头进行升降 操作。系统配置 E R X J 3 6 T型小电流接地选线装置 一 套， 可设 2 段母线接地选线。 装置就地安装在分段 隔离柜。整套变电站综合 自动化系统应按无人职守 变 电所的标准配置 。 3 - 3 直流 系统技术改造 直流系统包括一组充电柜、 馈电柜、 一组免维护 电池组三部分。 3 3 1 充 电柜 技 术 改造 ( 1 ) 充电柜接线方式采用单组充电机单电池组， 充电机额定直流电流， 即高频开关模块电流。 根据单 个模块额定电流， 蓄电池容量 、 直流经常性负荷计算 后 ， 以 N + I 方式法确定， 每个充电模块的额定电流不 大于 2 0 A 。整流模块满足电池组充电、 浮充电特性的 要求， 并具有软起动特性。在充电状态运行时， 能以 3 4 煤矿现代化 2 0 1 3 年 增刊 限流 一 恒压方式完成对电池组的充电、补充充电或 均衡充电。在稳流状态下 ， 输出电压在 9 0 1 3 0 额 定值范围内，交流电压的额定值 的 一1 5 + 1 5 额 定值范 围内变化 ， 输 出电流在 1 0 1 0 0 额定值范 围内任一点上保持稳定 ， 其稳流精度不大于 O 5 ， 输出电流纹波系数小于 0 1 。在稳压状态下， 交流 电压在额定值的1 5 范围内变化， 输出电流在 0 1 0 0 额定值范围内变化时， 输出电压在额定值的范 围内任一点上保持稳定 ， 其稳压精度不大于 0 5 ， 输出电压纹波系数小于 0 1 。 充电与浮充电方式转换具有 自动和手动两种转 换控制方式。 自动方式时 ， 电池组放 电过程结束 ， 交 流恢复供 电后 ，整流模块按微机控制设定条件 自动 转入浮充电状态工作。 在手动方式时， 应可方便的调 整充电限流值、 充电稳压值和浮充稳压值。 在进行浮 充 一充 电自动转换 时转换 电流动作值误差不超过整 定值的 0 5 ， 当充电开始进入恒压 阶段时 ， 恒压动 作值误差应不超过整定值 的 0 5 。 整流模块应具有温度补偿功能 ，温度传感器安 装在能充分反应蓄电池本体温度的位置。设置两个 测温探头 ， 取两个探头温度平均值 ， 其温度补偿度满 足 0 0 3 V o C ， 调整误差不超过补偿值的 2 0 。模块 输出过压值为 2 9 1 4 V， 欠压值为 1 9 4 4 V 。交流输 入过压值为 4 8 05 VA C ， 回差 51 5 V； 交 流输 入欠 压值为 3 1 8 5 V AC ， 回差 1 02 0 V。 电流保护的动作电流精度不大于整定值的 1 。 在达到整定值时 ， 应瞬时可靠动作 。 整流模块应 具有过压力、 欠压、 缺相、 过流故障报警功能。 其中之 一 动作时， 整流模块可自动进入保护状态， 同时发出 “ 整流模块故障” 信号 ， 并可向当地远方传递信号。 整流模块应具有内控外控两种方式 ，一般情况 下 ， 整流模块 工作在外控方式 ， 其输出电压 、 电流和均 衡度受主控器制，当主控器出现故障或拔出检修时， 整流模块就转入内控方式， 其输出压 、 电流服从初始 设定值， 以保证整个系统不间断工作。整流模块并联 运行均分负载性能 ， 在输 出电流在 1 0 1 0 0 额定电 流范围内其均分负载的不平均度小于 3 额定电流。 每个整流模块的限流保护点为额定输 出电流的在 1 0 0 1 1 5 ，每套直流屏均按 N + I 方式配置整流器 模块 ，任何一个整流模块的损坏都不影响整机的运 行， 整流模块可以带电更换。整流模块工作效率大于 等于9 4 ； 功率因数大于等0 9 0 。整流模块的冷却方 式为 自 然冷却。整流模块的输出采用无级限流， 蓄电 池和负载电流的大小手动或由系统监控模块 自动选 择限流值。 3 3 2 馈 电柜技 术改造 35 馈电柜合闸输出4回路 ， 每回2 0 A 。 控制母线输 出回路 1 0路， 每回2 0 A 。直流开关选用 G M系列直 流断路器。直流系统配置 E R Z J型在线绝缘监察及 选线装置。直流系统为单母线分段系统 。 3 3 3 电池组技 术改 造 免维护电池组满足 Q H J Z 0 0 1 9 5 阀控式密封铅 酸蓄电池企业标准 和 L S D 2 一 J T G Z D系列电力系统 用电直流电源柜免维护蓄电池选用技术条件的各 项要求。 电池选用固定 阀控式 密封铅酸蓄电池蓄电池放 电循环 5次 ， 容量达到额定容量的 9 5 以上 ， 单 只电 池放电终止电压 9 0 U e 。以 1 0 C 1 0 A放 电 0 5 h ， 在 5次循环之 内， 容量达到额定容量 的 7 5 以上 ， 单只 电池放电终止 电压 8 5 U e导电部件无熔断 ，外观 无显著变形。 在电池按最大放电电流试验 时，导电部件不会 出现熔断现象。蓄电池组 以 0 2 C 1 0 A放电 l h后 ， 叠 加 1 2 C 1 0 A电流 冲击放 电 0 5 s ， 间隔 2 s ， 共 冲击放电 l 0次 ， 其蓄 电池组端 电压 9 0 U e 。 蓄电池安全 阀开启闭合动作可靠 、开闭压均匀 性优越 、耐酸耐老化性能优越 。蓄电池的气密性 良 好 ， 不会发生漏液现象。蓄电池静置 9 0天后 ， 容量保 存率 8 0 。蓄电池之间连接可靠 、 接触 良好 、 外 观 整洁 、 无漏液爬酸现象。 4 结论 ( 1 )结合蔡园生建煤矿自 身特 ，综合对比 分析 6 k V与 1 0 k V配电系统， 采用 6 k V作为煤矿的配电电压。 ( 2 ) 以变电所无功补偿 、 开关布置 、 主接线选用 ， 设备选型 、 配网 自动化等方面为技术依据 ， 蔡园生建 煤矿地面变电所技术改造均达到预期 目标 。 ( 3 ) 对 6 k V开关柜 、 综合自动化保护监控系统 、 直流系统进行技术改造 ，改造后经测试和有关部 门 验收 已投入运行 ， 运行情况 良好。 参考文献 ： 1 李金洲，等 地面变电所高压线路安装并联电容器提高功 率因数的应用和效果 J 1 科技信息， 2 0 1 0 ， ( 3 1 ) ： 6 9 7 6 9 8 【 2 】霍磊， 等 浅析煤矿采用 1 0 k V供电的适用条件I J 1 煤炭工 程 ， 2 0 0 3 ， ( 1 1 ) ： 5 1 5 2 3 】张胜民， 等 渭化集团6 k W 供电系统及其运行方式的特点 l J J 西部煤化 工， 2 0 0 5 ， ( 2 ) ： 3 一 l 2 【 4 蔡志伟， 等 地面变电所设备的改造与应用 矿山机械 ， 2 o o 9 ， 3 7( 1 2) ： 1 0 2 1 0 3 5 】李奔锋 ， 等 矿井地面变电所升级改造 煤矿机电， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 1 2 4 1 2 5 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 1 - 4 )