機(jī)電隊防越級跳閘立項任務(wù)書

1、山西新元煤炭有限責(zé)任公司科研開發(fā)項目立項任務(wù)書項目名稱： 井下高壓防越級跳閘系統(tǒng)的應(yīng)用 承擔(dān)單位： 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 目錄一、項目的背景和意義;二、國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(包括知識產(chǎn)權(quán)狀況); 三、承擔(dān)單位的技術(shù)優(yōu)勢和條件;四、項目目標(biāo)、研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù);五、技術(shù)路線方案、課題分解;六、經(jīng)費的預(yù)算;七、年度進(jìn)度和目標(biāo);八、預(yù)期成果(包括經(jīng)濟(jì)效益);九、項目負(fù)責(zé)人的技術(shù)水平和組織管理能力介紹;一、立項的背景和意義新元礦供電系統(tǒng)采用中性點經(jīng)消弧線圈裝置接地后向井下供電，以限制單相接地電容電流，并普遍存在以下特點：線路短、變電所自動化程度低、多級變電所級聯(lián)導(dǎo)致拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此導(dǎo)致過

2、流保護(hù)整定困難，也不能通過增加多個時間級差來保證保護(hù)的選擇性。在發(fā)生兩相短路、三相短路故障、單相接地時出現(xiàn)越級跳閘的情況。越級跳閘導(dǎo)致大面積停電、停風(fēng)，嚴(yán)重時引起井下瓦斯積聚，威脅礦井和礦工人身的安全。因此，必須通過技術(shù)研發(fā)，采用新技術(shù)解決煤礦供電系統(tǒng)中存在的越級跳閘問題，以提高供電系統(tǒng)的安全可靠性，確保礦井生產(chǎn)和人生安全。本項目應(yīng)用最新的全站數(shù)據(jù)共享的數(shù)字化變電站技術(shù)，通過使用高速大容量的最新處理技術(shù)及高精度同步時鐘的專利技術(shù)及基于全站零序電流的漏電保護(hù)模塊，來解決煤礦供電系統(tǒng)廣泛存在越級跳閘的問題，提高煤礦供電系統(tǒng)的供電可靠性。二、國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(包括知識產(chǎn)權(quán)狀況)目前，隨著

3、電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)和電子技術(shù)越來越多的應(yīng)用于變電站內(nèi)，數(shù)字化的智能裝置也逐步增加，數(shù)字化變電站系統(tǒng)已經(jīng)成為變電站的重要組成部分。目前國外已經(jīng)有數(shù)百套數(shù)字化變電站系統(tǒng)投運，國內(nèi)有好幾家公司在這方面的研發(fā)已取得成果，并且有幾十套數(shù)字化變電站系統(tǒng)投入運行。本項目基于全站數(shù)據(jù)共享的數(shù)字變電站系統(tǒng)及光纖縱差保護(hù)（包括母線差動、線路縱差）,應(yīng)用到新元礦井下供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，來開發(fā)研究解決存在多年的因受零時限保護(hù)配合限制而造成越級跳閘問題。三、承擔(dān)單位的技術(shù)優(yōu)勢和條件現(xiàn)有的基于數(shù)字化變電站的差動保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)完全可滿足對地面電力系統(tǒng)的需求并且原理先進(jìn)、科技含量高，地面現(xiàn)場的實際使用效果也證實了它的優(yōu)點，但

4、要引入礦井（包括地面和井下）仍需進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和論證；為配合井下數(shù)字化變電所安裝，現(xiàn)用的高壓防爆開關(guān)已不能滿足需要，必須進(jìn)行改造；地面變電所現(xiàn)有的電氣設(shè)備不能完全適應(yīng)數(shù)字化供電系統(tǒng)建設(shè)要求，必須增加必要的設(shè)施和設(shè)備。由于全站數(shù)據(jù)共享，保護(hù)的對像由原來單一的線路、變壓器、母線上升到基于全站的高度，方便的實現(xiàn)線路縱差、母線差動保護(hù)，且不增加硬件投資。通過配置差動保護(hù)作為線路和母線的主保護(hù)能解決煤礦供電系統(tǒng)廣泛存在的因短路等原因引起的越級跳閘的問題。保護(hù)軟件模塊化，能根據(jù)現(xiàn)場要求靈活配置所需的保護(hù)和測控模塊，實現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)和測控功能。雙重化的保護(hù)配置，提高了保護(hù)的可靠性，大大減小了由于保護(hù)裝置故障導(dǎo)致

5、的保護(hù)拒動的可能性。 就地安裝礦用智能保護(hù)器實現(xiàn)模擬量、開入量的數(shù)字化，通過光纖上送至保護(hù)裝置，取消了傳統(tǒng)系統(tǒng)的二次電纜，解決了二次電纜容易受到電磁干擾的問題，大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性，且光纖價格低廉，重量輕，施工方便，系統(tǒng)總費用低，節(jié)約了用戶投資。四、項目目標(biāo)、研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)消除煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘事故，達(dá)到煤礦供電系統(tǒng)可以安全、穩(wěn)定運行，礦井生產(chǎn)可以有序進(jìn)行的目的。試驗內(nèi)容：1、防越級跳閘試驗；2、漏電保護(hù)試驗；技術(shù)關(guān)鍵：1、對井下高壓防爆高開按光纖保護(hù)要求進(jìn)行改造，增加專用光纖熔接腔，并在改造后重新進(jìn)行防爆性能鑒定；2、基于嵌入式實時操作系統(tǒng)，高可靠性和良好實時性的保護(hù)軟件系統(tǒng)（含

6、適用于煤礦井下動力電纜的光纖縱差保護(hù)軟件）。3、基于超大規(guī)模FPGA和多DSP內(nèi)核并行處理技術(shù)，實現(xiàn)全系統(tǒng)保護(hù)和測控功能的保護(hù)主機(jī)。4、高電磁兼容性能，能在電磁干擾嚴(yán)重的井下高開柜內(nèi)安全、穩(wěn)定工作的礦用智能保護(hù)器。5、基于高速點對點光纖數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，滿足防爆要求的低功耗礦用隔爆型光傳輸接口。6、實現(xiàn)了基于“海量”存儲技術(shù)的全系統(tǒng)故障錄波功能。7、高精度同步采樣技術(shù)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：防越級跳閘裝置的使用保障了新元礦供電系統(tǒng)的安全可靠性，減少了因短路、小電流漏電導(dǎo)致的大面積停電、停風(fēng)，為新元礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)展提供了一個很好的保障。五、技術(shù)路線方案、課題分解系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層3 個層次構(gòu)成

7、。過程層與一次設(shè)備緊密相連，完成數(shù)據(jù)采集及執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)傳遞；間隔層實現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的保護(hù)與控制，并實現(xiàn)相關(guān)的控制閉鎖和間隔級信息的人機(jī)交互功能；站控層完成對站內(nèi)間隔層設(shè)備、一次設(shè)備的控制及與遠(yuǎn)方控制中心、工程師站及人機(jī)界面通信的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1:高速光纖網(wǎng)絡(luò)將采樣的數(shù)據(jù)上送至位于地面變電站的集中式保護(hù)主機(jī)，基于全站數(shù)據(jù)共享的保護(hù)主機(jī)按如下原則配置保護(hù)和自動裝置, 保護(hù)配置示意圖如圖2： 1、在個變電所之間的聯(lián)絡(luò)線配置雙側(cè)線路差動保護(hù)；在各變電所母線配置母線差動保護(hù)；在負(fù)荷線路配置過流速斷保護(hù)，由于以上速動保護(hù)完全覆蓋了整個配電系統(tǒng)且均有明確的動作區(qū)，配電系統(tǒng)任一處故障時保護(hù)均能按最小停

8、電原則立即動作，因此解決了越級跳閘問題。 2、在各條線路配置基本的線路保護(hù)：方向過流保護(hù)，低壓保護(hù)、過壓保護(hù)，過負(fù)荷告警，PT斷線告警，CT斷線告警，電纜絕緣監(jiān)視等。3、配置基于全系統(tǒng)零序電流的漏電保護(hù)，杜絕由于判斷錯誤導(dǎo)致的越級跳閘。4、礦用智能保護(hù)器具有就地保護(hù)功能，當(dāng)?shù)V用智能保護(hù)器和保護(hù)主機(jī)的通訊完全中斷時能提供完整的就地保護(hù)。5、基于全站的，每周波256點的故障錄波，提供相對傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)更全面的故障信息，能進(jìn)行更加全面的故障分析。六、經(jīng)費的預(yù)算1、預(yù)算材料或設(shè)備名稱規(guī)格及型號單位數(shù)量單價（萬元）金額（萬元）生產(chǎn)廠家備注遠(yuǎn)動主機(jī)DMP5108臺144 南京磐能保護(hù)主機(jī)DMP5150臺22

9、020 南京磐能可帶78路合并單元-線路DMP5211臺313 南京磐能礦用智能保護(hù)器DMP5102B臺31.13.3 南京磐能前置主機(jī)HP780臺10.80.8美國惠普調(diào)度主機(jī)HP780臺20.81.6美國惠普硬件防火墻ASA5505-K8臺111美國思科MOXA卡CP118U臺10.50.5臺灣MOXA網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)KDS-16C臺20.51 南京恒達(dá)奧克液晶顯示器22寸液晶臺30.20.6美國惠普激光打印機(jī)HP5200LX臺10.950.95美國惠普監(jiān)控軟件SE-900套133南京磐能不間斷電源（2KVA）STK-C2KS套20.51深圳山特光纖收發(fā)器臺20.150.3南京百銳設(shè)計安裝調(diào)試費

10、項122南京磐能合計43.05七、年度進(jìn)度和目標(biāo)2011年第四季度完成智能配電系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況全面綜述報告、到陽煤集團(tuán)二礦進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，充分了解煤礦供電系統(tǒng)的要求、特點以及負(fù)荷分類及其特性，并完成詳細(xì)的調(diào)研報告、給出分布式電源的配置與控制技術(shù)方案、反越級跳閘的短路電流限制技術(shù)方案、本安型諧波、無功、電壓波動與閃變綜合補(bǔ)償方案與電纜單相接地?fù)p傷選線識別技術(shù)方案。2012年第一季度完成方案的理論分析與仿真研究、研制對應(yīng)方案的物理模擬樣機(jī)及其控制系統(tǒng)，進(jìn)行驗證。2012年6月開始進(jìn)行現(xiàn)場安裝防越級跳閘保護(hù)裝置。2012年7月底完成開發(fā)對應(yīng)方案的工業(yè)裝置及其控制系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試與運行。2012年

11、12月底完成總結(jié)與成果鑒定，給出高可靠性煤礦智能供電系統(tǒng)方案與配置并推廣應(yīng)用。八、預(yù)期成果(包括經(jīng)濟(jì)效益);1.直接經(jīng)濟(jì)效益按平均生產(chǎn)原煤按6000噸計算，則原來停一次電需2小時送電周期，影響產(chǎn)量750噸，而按現(xiàn)在停一次電只需5分鐘之內(nèi)完成，影響產(chǎn)量只有幾十噸，可為企業(yè)挽回經(jīng)濟(jì)損失37.5萬元（每噸按500元計算）。按歷年停電次數(shù)統(tǒng)計，平均每年因故障停電8次，則每年可為企業(yè)減少300萬元的經(jīng)濟(jì)損失。在減人提效方面，安裝該系統(tǒng)的配電點可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可以減少12個崗位維護(hù)人員，每工按100元計算，一年可以節(jié)約工資費用43.8萬元。此外，該系統(tǒng)應(yīng)用之后，可以有效的杜絕越級事故的發(fā)生，及造成的設(shè)備

12、損失，減少設(shè)備及配件的投入，每年可以節(jié)省80萬元的成本投入。以上有價可計算的經(jīng)濟(jì)效益每年約423.8萬元。 2.間接經(jīng)濟(jì)效益該系統(tǒng)除了保護(hù)功能外還實現(xiàn)了全系統(tǒng)故障錄波功能。而且基于全站數(shù)據(jù)共享和強(qiáng)大的保護(hù)主機(jī)，數(shù)據(jù)深度加工和挖掘空間大，為實現(xiàn)電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)視，諧波分析等功能提供了條件，從而減少購買這些昂貴的專用設(shè)備，可以產(chǎn)生巨大的附加經(jīng)濟(jì)效益。 3.社會效益 1）停電會造成局扇無計劃停風(fēng)。2小時的停電停風(fēng)會造成瓦斯大量集聚，恢復(fù)送電后需要1小時左右排放瓦斯，給安全造成重大隱患，而5分鐘的停電不會形成瓦斯集聚，可以迅速恢復(fù)生產(chǎn)。 2）發(fā)生緊急情況（如瓦斯超限、火災(zāi)等）可以在地面操作快速停電，防止事故擴(kuò)大。 3）安裝該系統(tǒng)的配電室可以實現(xiàn)無人值守，解決了崗位人員緊張的局面。九、項目負(fù)責(zé)人的技術(shù)水平和組織管理能力介紹磐能電氣控制系統(tǒng)有限公司，主營業(yè)務(wù)是電力系統(tǒng)自動化、工業(yè)控制自動化等，主要產(chǎn)品有：變電站微機(jī)保護(hù)測控裝置、高壓線路保護(hù)、母線保護(hù)、主變保護(hù)裝置、發(fā)電廠微機(jī)保護(hù)、網(wǎng)控系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)、電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、電能質(zhì)量檢測和直流電源系統(tǒng)等，重點經(jīng)營低壓智能配電自動化系統(tǒng)、智能數(shù)字化電力儀表、視頻監(jiān)控和工業(yè)控