矿井35kV变电站自动化系统

程嬛 杨豪

摘要：

针对变电站自动化系统体系结构和矿井变电站的特殊性，总结矿井变电站自动化系统设计经验，主要介绍了塔什店一号矿井35kV变电站自动化系统结构形式，监视、控制、数据采集涉及的保护内容以及站端电力调度自动化。实践证明矿井变电站自动化系统的应用确保了煤矿的安全可靠用电。

关键词：

变电站自动化系统；监视；控制；保护；电力调度自动化

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）09019502

1塔什店一号矿井35kV变电站一次系统简述

根据《煤矿安全规程》相关要求，塔什店一号矿井应有两回路电源线路，线路采用同时工作，分列运行的方式；系统按两回电源及两台主变同时工作，分列运行考虑，单台主变容量为10000kVA，主变选择有载调压方式。变电站一次部分35kV侧、10kV侧、0.4kV侧主接线方式均采用单母线分段方式。高压无功补偿采用MSVC型无功补偿装置。

2变电站自动化系统设计

2.1系统概述

塔什店一号矿井35kV变电站自动化系统采用分布式、集中式相结合的设计思路，即10kV出线柜各控制保护功能均分布在开关柜内，各就地单元相互独立；主变保护、测控采用模块化、集中式立柜结构，控制保护功能集中在专用的采集、控制保护柜内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机。

2.2系统结构

采用分层分布式系统网络结构，变电站层、间隔层、过程层功能明确。在变电站层，有人机接口系统、数据归档功能以及与外部的连接，属于系统管理层，具有实现遥测、遥信、遥控（调）及与调度通信联络，运行管理等功能。间隔层的分布式综合设备能够采集开关量、模拟量，加工处理之后，通过网络上传监测、保护信息，接受主站的定值参数、控制命令，实现系统对终端设备的三遥功能。过程层由与连接到开关场的电缆连接组成，这些连接涉及间隔层的输入输出单元、远方输入输出单元设备（RIO）、集成了电子元件的传感器和操作机构（PISA）。

在每一层中都包含了一根允许同层设备之间或临近层设备间进行通信的总线。

变电站层总线主要用于人机系统与各个终端和打印机的连接，以及与办公环境的接口，并用于服务器的任务监视。

间隔层总线将间隔层设备连接到变电站层，此外还允许间隔层设备间进行实时通信。

过程层总线连接传动装置、传感器、智能外围单元，并将有时间要求的实时数据送到间隔层的处理单元中。

2.3变电站监视、控制、数据采集和自动装置

2.3.1遥测量

（1）35kV进线三相电流；

（2）主变压器高、低压侧三相电流；

（3）主变10kV侧电度量、有功功率；

（4）主变上层油温；

（5）35kV、10kV母线电压；

（6）交流所用电压；

（7）10kV无功补偿配出柜三相电流、无功功率。

2.3.2遥信量

（1）主变压器高、低压侧断路器开关位置；

（2）主变有载分接开关位置；

（3）主变瓦斯动作信号；

（4）主变过流动作信号；

（5）主变低压侧断路器弹簧未储能；

（6）主变超温信号、油位信号；

（7）35kV进线断路器开关位置；

（8）10kV无功补偿配出柜断路器开关位置；

（9）10kV无功补偿配出柜过压动作信号、欠压动作信号、过流动作信号；

（10）10kV无功补偿配出柜断路器弹簧未储能；

（11）35kV、10kV控制回路断线；

（12）10kV交流电压回路断线。

2.3.3遥控量

主变压器高、低压侧断路器分、合。

2.3.4遥调量

主变压器有载分接开关调节。

2.4元件保护及自动装置

2.4.1主变保护

主变保护主要包括非电量保护、差动保护、后备保护。非电量保护属于主变压器的主体保护，差动保护主要用来保护变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障；后备保护用于在主保护故障拒动的情况下，保护主变压器。

（1）非电量保护。

①独立高、低压侧防跳操作回路（该操作回路必须交流和直流兼容）；

②本体重瓦斯：发出信号，动作于两侧开关跳闸可由压板投退；

③本体轻瓦斯：动作发信号；

④调压重瓦斯：发出信号，动作于两侧开关跳闸可由压板投退；

⑤调压轻瓦斯：动作发信号；

⑥油温过高：动作发信号；

⑦释压器动作：延时动作于跳两侧开关，可由压板投退；

⑧油位信号：发过低、过高信号。

（2）差动保护。

主要包括差动速动、比例差动。

（3）后备保护。

①35kV复合电压闭锁方向过流：时限1跳35kV母联，时限2跳本侧；

②10kV复合电压闭锁过流：时限1跳10kV母联，时限2跳本侧；

③高、低两侧过负荷：时限发信号；

④主变高、低压侧及本体各电量的测量。

主变保护、测控集中于专用的采集、保护、测控柜中，塔什店一号矿井35kV变电站选用两套主变保护测控柜，分别对1#、2#主变进行保护、测控。

2.4.235kV进线保护

（1）过电流保护：该保护动作跳断路器并发信号；

（2）电流速断：该保护动作跳断路器并发信号；

（3）电流速断保护；

（4）低频减载；

（5）负荷控制功能；

（6）控制断线检测；

（7）线路各电量的测量；

（8）开关近控、远控可实现互为闭锁功能；

（9）具有失压报警和断相报警功能。

2.4.310kV馈线保护

（1）保护单元和操作回路必须交、直流完全兼容；

（2）过电流保护：该保护动作跳断路器并发信号；

（3）电流速断：该保护动作跳断路器并发信号。

（4）三相一次自动重合闸；

（5）低频减载；

（6）负荷控制功能；

（7）控制断线检测；

（8）线路各电量的测量；

（9）开关近控、远控可实现互为闭锁功能；

（10）具有失压报警和断相报警功能。

直接向井下供电的10kV高压馈电线上，严禁装设自动重合闸，例如给井下中央变电所的馈出线路上就不应装设自动重合闸装置。

2.4.4电压切换

（1）二次电压切换；

（2）二次电压切换发动作信号。

2.4.5一体化组合式备用电源自投装置

（1）采集35kV母线电压；

（2）采集35kV进线两路电流；

（3）采集10kV两段电压；

（4）采集10kV两进线电流；

（5）35kV进线，母联、10kV进线、母联状态；

（6）装置自动跟踪系统运行方式；

（7）全自动实现进线间或主变之间的自动投切；

（8）装置具备自投过负荷联切功能，预留12路联切出口；

（9）装置具备自投后电源恢复后自动回切功能，同时将联切的负荷自动投入。

2.5站端电力系统调度自动化

一个自动化程度较高的变电站，站端电力系统调度自动化也应成为其必不可少的组成部分。电力系统调度自动化设计是一项系统工程，包括调度自动化系统调度端和变电站远动两部分，这里我们仅讨论35kV变电站内的站端系统。

2.5.1信息采集

信息采集系统按照直调直采、直采直送的原则设计。变电站向有关调度传送遥测量包括主变高低压侧有功、无功，母联和分段的测量电流；传送的遥信量有线路、母联断路器的位置信号，变压器高低压侧断路器的位置信号，变电站的事故总信号，有载调压变压器抽头位置信号。调度中心向变电站传送的遥控、遥调命令主要有断路器的分合、有载调压分开关的调节等。

2.5.2远动系统

远动系统应选用性能优良、可靠性高的定型产品。远动系统包括远动终端单元（RTU）和变电站计算机监控系统，具备接收并执行遥控、遥调命令和反送检验功能。远动规约应于调度端系统一致，远动系统的容量宜按变电站的发展需要确定，运行时间考虑10年。

2.5.3信息传输和通道

远动通道在通信设计中统一组织，调度中心对直接调度管辖的35kV变电站建立直达通道采集信息。

3结语

变电站自动化系统为变电站运行环境的功能、设计、运行、维护和可靠性提供了很多好处。变电站自动化系统的应用提高了电力系统的运行性能，且为煤矿安全用电、可靠用电提供有力保障。塔什店一号矿井35kV变电所自2014年12月投运以来，各项试验数据均达到设计要求，为矿井变电站自动化系统的广泛应用呈现了很好的实践运用实例。

参考文献

[1]Klaus-Peter Brand，Volker Lohmann，Wolfgang Wimmer.变电站自动化[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]韩小庆.35kV智能变电站在华丰煤矿的应用实践[J].煤矿机电，2013，（1）：100104.

[3]电力系统调度自动化设计技术规程（DLT-5003-2005）[S].