中央变电所设备更新改造及配电系统优化

摘要：原中央变电所配电柜为“KY”型，不能适用于井下潮湿环境。2010年对井下中央变电所设备进行了更行改造。分析了原配电装置的缺点和存在问题，阐述了更新改造后设备的优点和使用效果。

关键词：变电所 配电装置 供电系统 更新改造优化

国投河南新能开发公司王行庄煤矿位于郑州市南40KM处。矿井设计生产能力120万t/a,在地面设35KV变电站一座，装机容量4万KVA。中央变电所布置在井底车场副井井筒附近，受井筒淋水影响，夏季中央变电所空气湿度较大，设备绝缘降低，不能保障矿井生产安全。2010年经设备更新改造后，满足了矿井需求。

一、原中央变电所概况及存在问题

（一）原中央变电所概况

中央变电所从地面变电站引入四回路10KV电源进线，单母线分段供电，综自保护。装备22面KY型双层高压真空开关柜和11台KDG型低压开关柜，提供采掘需用动力、车场照明和主要信号电源。

（二）设备存在问题

配电设备为KY型，防护级别低。主要电器元件易受潮使绝缘降低，发生放电甚至击穿现象，导致全井下停电事故时有发生，极大威胁了矿井的生产安全。

为防止事故，矿井加大了维修力度，增加了维修次数，储备了各种电气元件。频繁的停电维修，高昂的维护成本，凸显出原装备的配电柜已不能满足矿井的安全需求。

二、变电所设备更新改造及供电系统的优化方案

（一）选择BGP系列高压配电装置（防护级别为IP55），解决原配电柜防护级别低导致的一系列问题。

（二）原中央变电硐室尺寸不能满足新设备安装要求，在井底车场选址另做一个辅助变电硐室。

中央变电所安装进线柜、中央泵房启动柜和变频柜，辅助变电硐室安装供采区高低压动力的变配电设备。

（三）借鉴维护原配电柜时，经常停电、倒闸检修积累的经验。为减少在以后的检修维护中的停电范围，把原单母线二段供电方式改为单母线四段电源供电，四趟入井电源各供一段，互相联络闭锁，分列运行。

（四）母联柜的并柜方式改为硬连接，不用预留检修距离，最大限度的利用硐室尺寸，同时消除了电缆接头制作质量不过关或长时间使用带来绝缘降低的不安全因素。

（五）淘汰原主排水泵采用串电抗启动方式，更换为高压变频启动。减小了水泵启动、停止时对系统的冲击，同时节约了电耗，降低了生产成本。

（六）井下局部通风机，全部实现“双三专”电源供电，使局部通风机的主备用电源达到同一等级，提高了对局部通风的保障能力。

三、更新改造后设备特点

（一）变频柜特点

1、该产品采用创新设计的快开门型隔爆外壳，小车式结构，操作简便可靠，并采用新型PMC固体绝缘材料，绝缘等级高。

2、选用美国原装进口控制器，采用先进的电力电子元器件和全数字速度控制技术、可实现电流、速度的闭环控制，能够精确控制起动电流。该控制系统采用了最先进的全闭环PID精密电流算法加电压斜坡控制模式，是当今煤矿井下最可靠的起动方式，其特点是：电机在轻载时，在斜坡电压上升结束前已达全速，控制系统反振荡电路会自动把全电压加到电机上，可防止任何浪涌电流或电机转矩的脉动。

3、采用高性能的数字信号处理器（32的DSP芯片）为控制核心，先进的电子式电压互感器高精度采样，提高了可靠性和安全性。

4、多种软起动方式（如：限流模式、恒转矩、电压模式、双斜坡、泵控等），满足不同领域不同设备的需求。

5、配备全中文液晶汉显人机界面，实时显示三相电压、电流、软起状态、功率因素、有功、无功、故障诊断等。

6、所有参数设置键及操作按钮都设置于前门上,不用开门即可完成所有操作,适用于井下复杂环境使用并可设密码保护。

7、具有完善的电机保护功能，40种过载曲线选择，可在线监测多种参数，旁路后仍对电机运行状态进行检测保护等功能；具有先进的自检功能和完善的监测监控、电机保护功能，晶闸管短路、电源电压、电流、频率、功率因数、用电量、及过载(有多种过载曲线可选择)、电流不平衡、过压、欠压、相序、接地、过热等监控保护，另有差动保护(可选件),故障记忆可达99个最近事件。

8、具有起动电流平滑可调、起动速度平稳、起动性能可靠、减小起动过程中起动电流对电网冲的冲击，避免巨大的机械冲击对设备造成的损坏等优点；其“S”形起动曲线可根据现场实际工况进行调整。

9、控制器具有自检、故障自诊断、事件长期记忆功能，抗干扰能力强。

10、根据需要配合矿用隔爆型双回路真空电磁起动器实现一拖二、一拖三、一拖四、二拖四等模式。

11、配有标准的RS485通讯接口，可实现遥测、遥信、遥控、遥调等四遥功能。

（二）BGP高压配电装置特点

1、BGP高压配电装置采用永磁启动器，ZKJB-2000微电脑综合保护器。微电脑综合保护系统采用双CPU控制，主CPU采用高速DSP芯片（32位）。DSP数字信号处理器，采用超哈佛结构，能同时处理多条指令，与一般的MCU相比其计算速度有很大提高，具有智能化、功能多样化、小型化、模块化、可靠性的特点。采用的工业级和军工级芯片和完善的电气隔离和电磁屏蔽设计，使装置的硬件系统具有较高的抗干扰能力和工作可靠性。电流和电压的采样采用高速、高精度的互感器（0.5级），每周波32点的采样密度以及频率跟踪技术，使综合保护器采集的电流和电压信号是真有效值，使得开关的故障动作迅速可靠。

2、综合保护器具有三段式电流保护（短路、过载、过流）并可带方向、三段式零序电流保护 、过欠电压、绝缘监视、定时限、反时限、漏电、瓦斯闭锁、风电闭锁、故障录波、短路小延时、短保经低电压闭锁、防止越级跳闸的闭锁等功能，可以实现供电系统的分级、分段整定（能分辨最小时间间隔为10ms）。

3、综合保护器数据采集部分由高可靠性,高精度的A/D 转换器及滤波回路两部分组成。最新技术的A/D 转换芯片内部包含了采样保持及同步电路,具有转换速度快、采样偏差小、超小功耗及稳定性好等特点,最大达到8路模拟输入通道；另有达到0.5级的电度计量功能，能实时显示和上传三相电度、有功功率、无功功率、功率因数等。

4、显示器为大屏幕高亮度全汉化液晶显示器，中文菜单操作，界面友好， 全部定值、运行参数、事件报告（可存储22次事件）均汉化，内容详细明了，操作方便，可通过按钮或者遥控器整定保护参数。

5、保护器具有远程通讯组网接口（保护器提供标准的RS232、RS485、RS422、CAN等多种通讯方式），配合KJ系列煤矿供电远程测控系统可以实现远程监测、监控，实现地面调度（指挥）中心对井下高、低压供电设备的遥测、遥控、遥调和遥信（四遥），提高煤矿井下供电系统的集中化、智能化、信息化管理和调度。

6、保护器的供电采用开关电源（直流逆变电源）,在PT二次无输出电压或在开关出口短路时可能造成电压偏低,此时由保护器后备工作电源来保证它至少再工作5S(用来进行逻辑出口和存储故障信息)和保证开关至少跳开一次。

7、保护器增加电流继电器实现线路保护的可靠性。当配电装置的负荷侧发生短路或过流时，综合保护的“短路保护功能”巧合出现故障时，对电网无法实现保护的情况下，“短路后备保护功能”可实现在短路故障发生的瞬间、有效断开断路器的控制回路，使断路器分闸，把短路故障控制在特定的范围内。

四、结语

自改造以来，设备运行稳定，特别是四段电源分列运行、局部通风机“双三专”供电方式和智能化设备的推广使用，方便了设备检修，保障了供电安全，提高了矿井的自动化、信息化管理水平和抗灾变能力。

参考文献：

[1]煤矿电工手册

[2]BGP高压配电装置和变频柜说明书