煤矿现代化 ２０１０年第３期 总第９６期 浅谈微机保护综合自动化系统在ｌｌＯｋＶ变电所中的应用 李淑云，黄静，毕延刚。李冰 （济宁二号煤矿，山东济宁２７２０７２） 摘要随着矿井的发展，系统逐步复杂化，变电所原有的电磁继电保护系统已经不能适应系统的发 展需要，甚至逐步成为了变电所安全运行的一大隐患。本文对针对变电所实行情况对进行综合自动化改造 的必要性进行了分析；对微机综合自动化系统作了简要概述同时对改造过程及微机保护综合自动化系统在 变电所应用中取得的效果进行了分析。 关键词综合自动化；保护装置；ＣＡＮ网络 中图分类号：ＴＰ２７３￣．５ 文献标志码：Ａ 济宁二号煤矿１１０ｋＶ变电所是集团公司内电压等级最 高、规模最大、系统运行最复杂的一个变电所。担负着济宁二 号煤矿、济宁三号煤矿、周边五村的供电任务，另外，还担负济 二矿电厂、新村电厂５个回路的并网发电任务。其安全运行水 平对整个济东矿区生产生活意义重大。变电所从１９９４年投运 至今已１５年，原有的二次保护、计量、信号、控制系统并未已 经明显不适应矿井生产生活的需求，近几年来二次系统中逐 步暴露的一些问题已经影响到了变电所的安全运行。因此对 变电所二次系统进行改造，消除系统安全隐患，成为变电所亟 需解决的一大难题。 随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞速发展，各类 变电站综合自动化系统纷纷投入运行，变电站自动化系统是 以计算机为核心而形成的具备控制、信号、测量、保护、自动装 置、远动装置的功能组合和优化设计的变电站综合自动化系 统，具有功能综合化，结构微机化，操作监视屏幕化，运行管理 智能化等特征，它是将遥测遥信功能采集及处理，遥控命令执 行和继电保护功能等均由现场单元部件完成，并将这些 信息通过网络送至总控单元或后台主机，而变电站自动化的 综合功能均由总控单元或后台主机承担，每个现场单元可以 是监控保护一体化装置，也可以保持相对。它取消了传统 的控制屏，表计等常规设备，因而节省了大量的控制电缆，缩 小了控制室的面积。 １微机综合自动化改造的必要性 （１）变电所已经运行十几年，二次信号控制电缆及元器件 等已经老化，故障率逐步攀升。 （２）变电所历经多次改造，回路编号不规则、二次线冗余、 寄生回路等情况大量存在，二次系统变得混乱，轻则误报信 号，重则断路器会出现偷跳现象。 （３）随着厂家设备升级换代，原有保护插件已经不再生 产，保护已经处于无配件的危险局面。 （４）整个信号控制系统仍然采用传统表计、光字牌等进行 计量、监控，数量众多，集成度不高，应急状态下观看记录不方 便。另外，面对如此复杂的供电系统，模拟式的表计、光字牌、 信号控制屏已不堪重任，系统已经不能再扩容，好多信号不能 接人监视，系统运行状态不能有效掌握。 （５）原系统扩展性能很差。我矿正准备上矿井综合自动化 系统，华聚能源也准备远程监测我矿供电系统，这些都需要从 变电所采集电流电压、开关位置信号、事故信号等，现有系统 根本不具有接人条件，如果接入系统投资将非常巨大。 ・５８・ 文章编号：１００９—０７９７（２０１０）０３—００５８—０３ （６）由于原系统所限，变电所的预告信号、事故信号未能 全部做出。例如：几十台６ｋＶ高压柜的“控制回路断线”预告信 号只有一个光字牌显示，报警后根本不能判断哪个高压柜出 现故障，只能一个个查找，耽误了故障处理时间。 （７）由于变电所系统运行复杂，运行参数随时变化，值班 人员记录的运行电流、电压、功率等根本不可能在同一时刻， 给分析系统运行状况，全面有效掌握运行特性带来了难度。特 别是在故障状态下，现有系统无故障录波功能，不能实时记录 当时故障情况及系统运行参数，给事故分析带来难度，系统的 运行缺陷也很难查找到。 ２微机保护综合自动化系统 ２．１微机保护综合自动化系统结构图 图１ ＣＡＮ２０００系列微机测控保护装置 ２．２ ｉＥＳ—ＳＬ３００变电站监控系统简介 ｉＥＳ—ＳＬ３００提供了一套面向变电站间隔层设备的集成 化、开放式监控平台，作为变电站自动化信息处理的中心，满 足了变电站监控系统新的需求。 ２．２．１ 产品特点 （１）硬件平台稳定可靠、运行速度快、处理能力强。 （２）软件系统运行稳定、性能可靠、便于功能扩展。 （３）具有完备的通讯功能。支持ＣＡＮ网现场总线通讯；支 持ＲＳ２３２／４２２／４８５方式的串行通讯；支持基于ＴＣＰ／ＩＰ的以太 网通讯。 （４）具有针对变电站的基本ＳＣＡＤＡ功能。能够以图形或 表格的形式实现显示功能（替代信号屏）和二次设备的管理功 能。 （５）符合变电站运行的要求，尤其符合无人值班变电站的 要求 煤矿现代化 ２０１０耳第３期 总第９６期 ２．２．２主要功能 （１）完备的通讯功能； （２）对间隔层设备进行监控和管理； （３）方便扩展ＳＣＡＤＡ功能； （４）显示方便直观。 ２．２＿３ 总体结构 ｉＥＳ—ＳＬ３００以工控机作为主机，将ＣＡＮ网卡、串行通讯 卡、以太网卡集成到机器内。 软件系统主要包括５个模块：通讯服务器模块、数据库编 辑模块、数据库服务器模块、人机对话模块以及图形绘制模块 等。其中：通讯服务器和数据库编辑两个模块即可实现网络 ＲＴＵ；数据库服务器模块、人机对话模块及图形绘制模块支持 实现当地功能。所有模块组合应用即可实现变电站监控的通 讯和当地功能。另外通过增加故障录波模块可以实现故障录 波功能；增加ＶＱＣ模块可以实现软件电压无功控制功能。 ２＿２．４配置方式 配置一：所有软件都装在一台丁控机中，工控机安装在机 柜中。这种配置简单可靠、性价比高，适用于无人值班的小型 变电站。 配置二：前台软件和后台软件分别安装到两台机器中，前 台机器选用高性能工控机安装在机柜中，后台选用高性能品 牌机、高档显示器放在主控室中，两台机器通过以太网线相 连。这种配置适用于有人值班或少人值班，无人值班变电站也 可采用此配置。 配置＿一：前台软件分别安装在两台工控机中，具有双机热 备份的功能，当主机出现问题时会自动切换到辅机，保证系统 正常运行，后台选用高性能品牌机、高档显示器放在主控室 中，前后台机器通过集线器相连。这种配置适合于重要的变电 站。 根据济宁二号煤矿１ ｌＯｋＶ变电所的运行特点，本变电所 采用配置二方式。 ２．３ ＣＡＮ２０００系列微机综合自动化系统简介 ２－３．１技术特点 ＣＡＮ２０００系列微机测控保护装置是由【Ｊｌｌ东积成电子股份 有限公司生产的广泛应用于各级变电站的自动化系统。主要 包括以下几个系列：ＣＡＴ２００系列（变压器测控保护装蹬）、 ＣＡＬ３１１（线路距离保护装置）、ＣＡＬ２００系列（线路测控保护装 置）、ＣＡＤ２００系列（电动机测控保护装置）、ＣＡＣ２００系列（电容 器测控保护装置）、ＣＡＭ／ＣＡＥ系列（综合测控／控制装置）。其 主要技术特点有： （１）采用保护、测控一体化设计，保护与测控功能相对独 立，测控及通讯网故障均不影响保护功能运行，可满足保护及 远动双重标准的要求。 （２）测量电流与保护电流输入。采用优化的自动校 准、自动跟踪的高精度交流采样技术，电流、电压的测量精度 好于０．２级。 （３）采用专为强干扰环境下设计的控制局域网ＣＡＮＢｕｓ网 络，支持ＣＳＭＡ／ＣＡ，允许多主节点、多优先级信息传输，保证信 息传输的实时性。ＣＡＮＢｕｓ网络介质要求简单，双绞线或铠装 屏蔽电缆均可。 （４）网络上各装置运行，一个装置故障不影响其它装 置运行。 （５）采用汉字液晶显示，结合ｌ６键仿微机键盘和积成电 子创造性的“快捷菜单”查询模式，操作简单方便，易学易用。 （６）完善的事故分析功能，包括最新的３２个保护事项、６４ 个开关量事项、３２个遥控事项及１０组故障录波记录，便于故 障再现及事故分析。 ２－３．２结构及组成 除ＣＡＥ系列装置以外，其它系列的装置内部包括以下插 件：ＰＴＣＴ板、模拟量输入板、测控／保护ＣＰＵ板、电源板、控制 输出板、操作回路板（或非电量重动板或遥信扩展板），这些插 件均可以方便地进行拔插。另外，在前面板上固定有键盘显示 板，装置后面固定有母板。 机箱内，插件之间的相互位置固定，不能改变。其中，ＰＴＣＴ 板和模拟量输入板之间采用３４线的扁缆连接；模拟量输入 板、测控／保护ＣＰＵ板、电源板以及控制输ｍ板均采用前插式 固定在后面的母板上；键盘显示板则通过２０线的扁缆与测控 ＣＰＵ板连接；控制输出板和操作回路板（或非电量重动板或遥 信扩展板）之间的连接也采用扁缆实现。 装置可集中组屏安装装置可集中组屏安装，也可以分散 就地安装在开关柜上。 ２．３－３插件说明 （１）键盘显示板：本捅件完成装置的液晶显示及键盘操 作，固定于前面板上。 （２）ＰＴＣＴ板：交流模拟量经本插件内的互感器隔离后转 换为弱电信号。 （３）模拟量输入板：本插件对ＰＴＣＴ插件转换后的信号先 进行模拟滤波，再进行采样保持后输入到ＣＰＵ插件。 （４）ＣＰＵ板：本插件以ＰＨＩＨＰＳ公司的ＸＡ—ｓ３单片机为核 心，完成模数变换、计算和逻辑运算等功能。ＣＰＵ插件采用多 层印制板，结构紧凑，大大提高了抗电磁干扰能力。 （５）电源板：本捅件变换出＋５Ｖ、１５Ｖ、＋２４Ｖ供装置使用， 输入电压为直流（或交流）２２０Ｖ。 （６）控制输出板：本插件完成装置的控制输出逻辑及光电 隔离。 （７）操作回路板：本插件完成装置的跳合闸出口保持、防 跳、断路器的压力闭锁操作及断路器位置的就地显示。插件上 包括跳合闸保持继电器、防跳继电器、跳合闸位置继电器、合 后继电器、压力闭锁跳合闸继电器以及、断路器合位／跳位／ 合后三个指示灯。此外，操作回路板还提供用于闭锁跳合闸操 作的信号输入端子。 ４微机保护综合自动化改造的内容 本次改造包括对１１０ｋＶ变电所１１０ｋＶ系统、６ｋＶ系统进 行微机保护自动化系统改造。１ ｌＯｋＶ变电所１ ｌＯｋＶ侧保护测 控装置采用集中组屏，６ｋＶ高压柜保护测控装置就地分散布 置。 （１）敷设从１ｌＯｋＶ变电所主控制室至室外、室内配电设备 屏蔽控制电缆约计１５０００ｍ。 （２）１１０ｋＶ主控室一面通讯屏、后台系统。在１１０ｋＶ主控 室原主变保护屏位置后面临时布置好一面新通讯屏；安装后 台工作站并安装、调试系统，并敷设新通讯屏至后台工作站的 以太网线。 （３）敷设两条通讯网线：网线一头连接至通信柜通讯控制 ・５９・ 煤矿现代化 ２０１０年第３期 总第９６期 较薄煤层综采工作面端头及顺槽支架的研嗣与应用 高伟明 （济宁二号煤矿，山东济宁２７２０７２） 中图分类号：ＴＤ３５５￣．４３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—０７９７（２０１０）０３一ＯＯ６Ｏ一０２ ｌ概述 在较薄煤层综采工作面端头及顺槽一直采用金属铰接顶 梁配合单体支柱的传统支护方式（见图１）。在工作面的推进过 程中，端头支护的局限性主要表现在以下几个方面：顶板下沉 量大，端头的支护单体支柱回撤非常频繁，安全状况差，现场 作业环境恶劣，工人劳动强度大，占用人员较多，施工效率低， 给生产作业带来极大地安全隐患；并且人工回撤端头支护速 度慢，必须停机作业，影响生产时间。因此，研究开发较薄煤层 综采工作面端头及顺槽支架，解决工作面的支护难题是实现 工作面安全、高效生产地有效途径。 ２端头及顺槽支架的研制及应用 ２．１对端头及顺槽支架的要求 综采工作面顺槽及端头支护区是工作面与工作面顺槽端 头的交汇处超前压力影响的区域，围岩在多种支承力作用下， 受采动影像最大，矿压显现复杂，既是顶板维护的重点，又是 顶板管理的难点。区内布置设别较多，包括刮板输送机机头， 转载机机尾等，是工作面生产的重要组成部分，所以顺槽支架 十字粱 必须满足以下要求： （１）可以实现对巷道顶板的有效支护。必须有足够大的工 作阻力及支护强度。 器ＣＡＮ网卡ｌ口和ＣＡＮ网卡２口上。两条网线另一头分别分 图１传统支护方式示意图 （２）可以在空间狭小避让众多设备的情况下，解决顶板压 力集中区域的大面积强力支护问题。综采工作面端头顺槽设 （２）良好的界面及实时的数据传输、显示、存档以及强大 的数据管理能力，为管理及技术人员科学分析研究矿井供电 系统运行状况，提供了有力武器，为变电所安全管理决策的科 学化提供了有力依据。 （３）设备高度集成化、模块化、数字化、强抗干扰性，节约 布到６ｋＶ各柜。各柜内预留合适的长度，以备各柜微机保护单 元与其网线并联。 （４）在尽量不影响矿井正常生产的条件下，安装１ ｌＯｋＶ变 电所６ｋＶ高压开关柜保护测控装置３１台；同时对微机保护测 控屏进行调试与试验。 了空间，降低了维护的材料及人力成本。 （４）通过整体改造，消除了原二次系统的大量安全隐患， 提升了二次系统的安全水平。 （５）保护全部更换为微机保护后，保护整定更精确，保护 （５）在１１０ｋＶ主控室原控制屏后面位置分别临时安装 １１０ｋＶ变电所１１０ｋＶ侧微机保护测控屏，即２台１１０ｋＶ线路 保护测控屏、１台１１０ｋＶ旁路保护测控屏、１台ｌ１０ｋＶ母线保 护屏、３台主变保护屏、２台通讯屏共计９台保护测控屏；同时 对微机保护测控屏进行安装与调试。 的上下级之间配合更紧密，数字逻辑判断电路使保护动作判 断更准确，动作更迅速灵敏。全面提升了本变电所二次保护系 统的可靠性。 （６）在微机保护综合自动化改造期间，为了保证矿井不问 断供电，采用两套系统并列运行的方法，改造结束后，对原有 的旧电缆和旧屏进行拆除，对新保护屏平移定位及电缆的整 理。 （６）由于本系统的良好扩展性，大量原先未采集的事故信 号、预告信号接人本系统，极大丰富了变电所的事故预告信号 系统，使信号更全面。发现故障更及时，处理故障更迅速。 （７）本系统具有丰富的接口，也能支持多种规约，为矿井 日后的综合信息平台的搭建提供了便利条件，基本不需要再 投入费用。 （８）综合自动化系统强大而齐全的功能，极大简化了运行 值班人员的工作，减轻了劳动强度。 ５微机保护综合自动化改造在变电所应用中取得的 效果 （１）保护微机化、传输网络化，信息处理自动化，提高了变 电所自动化水平，适应了矿井的发展需求，提升了变电所的综 合安全运行水平。 ・（收稿日期：２０１０—１—１７） ６０・
