煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備研究

導(dǎo)語：煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備的越級跳閘原因與未來發(fā)展趨勢，提出了一種全新的基于GOOSE通訊機(jī)制的防越級跳閘保護(hù)裝置，并基于該保護(hù)裝置的工作原理，設(shè)計(jì)了新的防越級跳閘保護(hù)裝置的硬件和軟件結(jié)構(gòu)。該裝置能夠及時、準(zhǔn)確地將閉鎖動作信號傳遞到發(fā)生故障的區(qū)域，可有效地提高煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備工作的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：煤礦;井下機(jī)械供電設(shè)備;GOOSE通訊機(jī)制;防越級跳閘

由于煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備布置分散、距離遠(yuǎn)等因素，大多數(shù)煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備布置時通常采用單條電源線供電結(jié)構(gòu)，造成整個煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備呈輻射狀分布結(jié)構(gòu)，這些設(shè)備之間通常為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，連接距離短、設(shè)備中的阻抗較小、分布電流大，再加上煤礦井下環(huán)境復(fù)雜、用電設(shè)備多、系統(tǒng)負(fù)荷大等因素，使得井下經(jīng)常發(fā)生越級跳閘事故，造成大面積停電，嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)和井下人員的生命安全。針對目前煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備存在的問題，在對發(fā)生越級跳閘事故詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，提出基于面向通用對象的變電站事件（簡稱GOOSE）通訊機(jī)制的防越級跳閘保護(hù)設(shè)備[1]，用于煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備發(fā)生故障時能夠及時、準(zhǔn)確地將閉鎖動作信號傳遞到發(fā)生故障的區(qū)域，能夠及時將該區(qū)域的故障進(jìn)行切除，防止進(jìn)一步擴(kuò)大，同時提高了煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備的智能化程度，對確保煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行及對煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備的智能化改造具有重大意義。

1基于GOOSE的防越級跳閘保護(hù)裝置的原理

在圖1所示的單條電源串聯(lián)配電結(jié)構(gòu)示意圖中，3、4位置的兩個保護(hù)開關(guān)之間僅有1條母線，當(dāng)在位置5發(fā)生線路故障后，位置3、4處保護(hù)開關(guān)監(jiān)測到的電流大小實(shí)際上基本一致，當(dāng)5處發(fā)生短路事故時，煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備的保護(hù)裝置能夠及時切斷該區(qū)域的供電連接，確保其不會波及到其他的機(jī)械供電設(shè)備。目前通用的解決方案是當(dāng)哪個區(qū)域發(fā)生短路事故時其保護(hù)裝置在啟動保護(hù)動作的同時，向上級供電設(shè)備發(fā)出一個閉鎖保護(hù)的信號，將供電設(shè)備進(jìn)線處的保護(hù)裝置進(jìn)行閉鎖，從而避免上一級的供電設(shè)備發(fā)生越級跳閘事故，但這種方法需要在煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備之間增加線路和設(shè)備，同時還需要多次二次接線，經(jīng)濟(jì)性較低。基于GOOSE通訊機(jī)制的防越級跳閘保護(hù)裝置，當(dāng)煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備的下級設(shè)備發(fā)生事故時，該區(qū)域的保護(hù)開關(guān)在啟動保護(hù)動作的同時，向該供電設(shè)備發(fā)出一個GOOSE閉鎖信號[2]，使供電設(shè)備的進(jìn)線保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)閉鎖，確保了煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備下級開關(guān)保護(hù)裝置啟動保護(hù)動作時的選擇性，當(dāng)發(fā)生故障區(qū)域的井下機(jī)械供電設(shè)備保護(hù)裝置啟動保護(hù)動作后，同時發(fā)出一個解除閉鎖的信號指令，如果發(fā)生故障區(qū)域的井下機(jī)械供電設(shè)備保護(hù)裝置沒有正常啟動保護(hù)動作，則由上級的保護(hù)裝置閉鎖，實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)。此方案解決了在單條電源串聯(lián)配電的供電設(shè)備中同一條母線上的進(jìn)線保護(hù)裝置與饋線保護(hù)裝置上動作電流難以實(shí)現(xiàn)整定的難題。

2基于GOOSE通訊機(jī)制的防越級跳閘保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)

基于GOOSE通訊機(jī)制的防越級跳閘保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，其控制裝置用于控制機(jī)械供電設(shè)備內(nèi)各類數(shù)據(jù)的收集和分析，控制設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制動作，保證井下機(jī)械供電設(shè)備的正常運(yùn)行，為保證能夠快速、準(zhǔn)確地對收集到的信息進(jìn)行匯總處理并執(zhí)行控制動作，其內(nèi)部通常采用多個CPU控制模塊，不同的控制模塊專門用于執(zhí)行不同的控制任務(wù)。為了適應(yīng)井下的特殊環(huán)境，本文采用的是礦用隔爆型控制保護(hù)裝置，其采用了通用的接口協(xié)議，用以滿足不同設(shè)備之間的交互操作，也能很好地滿足煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備智能化升級、改造的需求，具有極強(qiáng)的可靠性和可擴(kuò)展性。從圖2可以看出，該控制結(jié)構(gòu)采用了模塊化的設(shè)計(jì)，主要包括主控模塊、通信模塊等，根據(jù)不同的控制功能將其分為不同的控制模塊，這種方式可以滿足用戶的不同需求，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況增加或者減少相應(yīng)的控制模塊并且可以隨時對這些模塊進(jìn)行升級、更換。

3基于GOOSE通訊機(jī)制的防越級跳閘保護(hù)裝置的軟件設(shè)計(jì)

在GOOSE通訊機(jī)制的防越級跳閘保護(hù)裝置的軟件控制程序中[3]，最核心的就是發(fā)生短路事故時的中斷控制程序，其主要作用是進(jìn)行煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備的信息采集、對故障發(fā)生的位置和原因進(jìn)行分析、控制執(zhí)行保護(hù)動作等。為確保中斷控制程序的可靠性和實(shí)用性，設(shè)置好的中斷控制程序是通過EVA管理模塊實(shí)現(xiàn)其控制功能[4]，并在設(shè)置控制邏輯時將中斷控制默認(rèn)為最高優(yōu)先執(zhí)行等級，這樣即可保證中斷控制程序的執(zhí)行層級不會被其他控制程序打斷，保證了信息傳遞的及時性和準(zhǔn)確性，其控制邏輯原理如圖3所示。

4結(jié)論

1）采用礦用隔爆型控制保護(hù)裝置，滿足了不同設(shè)備之間的交互操作，從而滿足了煤礦井下機(jī)械供電設(shè)備智能化升級、改造的需求，具有極強(qiáng)的可靠性和可擴(kuò)展性。2）設(shè)置好的中斷控制程序是通過EVA管理模塊實(shí)現(xiàn)其控制功能，并在設(shè)置控制邏輯時將中斷控制默認(rèn)為最高優(yōu)先執(zhí)行等級，保證了中斷控制程序的執(zhí)行層級不會被其他控制程序打斷，還保證了信息傳遞的及時性和準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳文瑕，陳柏峰，高燕.井下電網(wǎng)越級跳閘的研究及解決建議[J].工礦自動化，2008（6）：136-138.

[2]姚福強(qiáng)，柏猛.GOOSE信號閉鎖在煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2016，28（7）：37-41.

[3]陳海東.基于GOOSE機(jī)制的開閉鎖保護(hù)的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（13）：134-138.

[4]吳在軍，胡敏強(qiáng).基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（10）：61-65.

作者:杜建平 單位:山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司