（山东能源集团贵州矿业有限公司 贵州贵阳 551400）
摘要：煤矿供电系统从地面到井下有多级，同一电压等级串联供电级数多且线路短；工作环境恶劣，供电故障发生概率大；变电所相距较近，重负荷集中，便于实现区域集中控制。结合煤矿电网存在的多变电所串联供电情况，文章将围绕煤矿智能供电系统故障识别与隔离方面展开详细分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。
关键词：煤矿供电；故障识别；隔离
引言：为保障煤矿安全生产，针对煤矿电网普遍存在的多级串供越级跳闸问题，本文提出了区域集控式煤矿智能供电系统故障识别与隔离方案，对以往的矩阵算法作了改进，并重点对算法的容错性进行了分析，最终得到适用于煤矿供电系统的矩阵算法，提高了故障定位与隔离的准确性和快速性。
一、区域集控式智能供电系统
煤矿电网多级串供系统，负荷集中，多个变电所之间距离较短，为构筑区域集控式智能供电系统提供了可能。国家电网公司技术标准Q/GDW_441-2010《智能变电站继电保护技术规范》要求66kV、35kV及以下间隔保护、测控、智能终端、合并单元功能宜按间隔合并实现，因此煤矿配电网建设的智能变电站大多采用两层一网结构，不构建SMV过程层网络。在此背景下，煤矿区域集控式智能供电系统以多智能变电站为基础，统一建设智能集控中心作为各分站的公共站控层。各智能站采用GOOSE网络与区域集控中心通信，实现信息共享，故障识别与隔离系统设在站控层，包括集控中心主机和显示器，集控主机收集各保护测控装置上传的故障信息实现故障的识别与隔离，将分析结果在后台界面显示进行拓扑着色显示故障区段及故障类型并能发出故障报警等。各智能变电站在系统中承担区域集中控制功能，除本站外，还实现区域智能控制防误闭锁。
二、区域集控式故障识别与隔离系统
为保证系统的可靠性灵敏性，区域集控式故障识别与隔离系统满足以下原则：地面及井下各智能变电站独立完成故障的识别，通过GOOSE上传至区域集控中心；集控中心完成系统范围内故障区段的判断，下发隔离及闭锁命令；集控中心不影响各站独立的故障判断与继电保护功能，故障判断识别的速度应快于各站间隔层保护装置保护动作的速度，不影响各站保护的动作特性。
（一）故障区段识别算法
传统故障区段识别算法复杂、耗时较长，不能满足特殊供电场合快速隔离故障的需求。本文在构造煤矿网络树状拓扑结构的基础上，基于保护测控装置检测结果，进一步判断故障区段，运算简单，快速实用。区域集控中心依据各分智能变电站上传的故障信息，构造故障判别矩阵。构造方法为：第一，依据煤矿电网拓扑结构生成网络描述矩阵D，规则为以煤矿电网中每个开关作为一个节点，并进行编号，若共有n个节点，则D为n阶方阵，若节点i有子节点j，则Dij=1，否则Dij=0。第二，依据各开关保护测控装置上报的故障信息定义故障信息矩阵F，F矩阵初始为1×n的0矩阵，规则为若第i个节点上报故障信息，则Fi=1，否则Fi值不变。
（二）区域智能控制防误闭锁
区域集控中心根据故障区段识别算法的分析结果，采用GOOSE报文下发保护允许/闭锁指令。短暂的临时性故障，在故障消失后，或者就地保护装置误启动恢复后，“就地信号”由“1”变为“0”。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此时保护不会动作，间隔层保护测控装置对故障的判断不受集控中心保护主机下发信号的影响，即使保护测控装置收到“允许”信号，但是“就地信号”变为“0”，说明间隔层保护的启动是由于干扰造成的，并非是故障造成的，此时，保护逻辑输出“0”，不会跳开开关，可见主机的“允许”或“闭锁”信号只是辅助各间隔层保护测控装置完成全矿多智能变电站的故障区段定位，保证保护的选择性，不会影响间隔层保护测控装置对故障的判断结果。
（三）故障识别与隔离流程
各分智能变电站保护测控装置实时运算，运算结果实时更新就地信号，同时以GOOSE报文上传至区域集控中心。矩阵从收集到第一个故障GOOSE报文开始计时到时间t，若在t时间内收到故障GOOSE报文，则对GOOSE报文解码并将t清零，重新开始计时，延时时间t到即认为故障信息收集完毕开始矩阵运算，t大于矩阵运算花费时间。当备选区段数大于1时即发生信息漏传或信息畸变情况，进行矩阵容错处理。
（四）优化决策算法
保护测控装置发出跳闸命令后，开关可能会有拒动的情况，按照时差配合的方式，紧邻的上级开关会跳开，但有时整定时间过长满足不了保护的快速性。因此，本文提出N-1优化决策法，及时发现开关拒动情况，并跳开上级开关。N-1优化决策法，集控中心保护主机进行故障区段定位判断并下发“允许”信号后，保护主机开始计时，在一段时间内若一直收到故障信息，则判定开关拒动，矩阵会将这个开关信息去除并重新计算一遍，让紧邻它的上一级开关跳开。假设延时时间为t1，矩阵重新计算时间为t2，则t1+t2<T。此优化策略可加快后备保护快速性，当这套系统整个失效时才用逐级的时差配合作为后备保护。
三、网络传输关键技术
GOOSE报文直接映射到数据链路层，省去了中间各层的打包环节，主要用来传输跳闸、闭锁等开关量信息。在GOOSE与MMS共网情况下，实际工程中通过改写网卡驱动，将GOOSE和MMS报文映射到不同的协议层，这样两者互不影响，保证了数据传输的快速性和实时性。间隔层终端实时运算，有故障或异常时以GOOSE报文上送故障信息，进行故障识别与隔离相关计算。此外，各保护终端间通过GOOSE互传开关量及模拟量信息，即终端间信息共享，也可实现小电流接地选线，差动保护等保护功能，通过终端间配合，可实现快速故障隔离与恢复供电等功能。GOOSE的传输机制决定了其对开关量传输具有较好的实时性，只能传输少量非实时的模拟量[1]。对于配电网而言，构造保护时需要共享的信息不多，因此基于GOOSE网络，实现站间及站内信息共享完全能够满足变电站保护控制要求，目前国内已有一些厂家研发了相关产品。智能变电站要求GOOSE等报文具有很高的实时性，各种突发性、非实时信息易对GOOSE、MMS等信息的实时传输产生影响，此外网络的瞬时过载，广播风暴等会导致网络性能急剧下降，正常的数据通信无法进行。基于漏桶模型的信息流量控制方法，是一种基于输入速率的流量控制机制，其基本思想是通过发放标权来控制不同数据流的平均速度和峰值速度，每个队列中的信息需要从相应的漏桶中获取标权才允许进入网络。为避免排队获取标权影响重要报文的实时性，可根据不同报文的优先级级别设置不同的标权流入速度。
结论
为解决煤矿电网6/10kV供电系统易发生越级跳闸、故障穿越、扩大停电面积的问题，针对工矿企业常见的多级串供供电网络，以智能变电站为基础，构造煤矿区域集控式智能供电系统。系统间通过GOOSE网络实现信息共享，在此基础上，构造故障识别与隔离系统，对站内信息集中处理、判断，实现多种穿越故障及不正常运行状态的识别与可视化。构造故障矩阵算法实现故障区段的识别，并进一步优化决策算法，探讨GOOSE网络传输关键技术。为智能变电站应用到工矿企业提供了理论分析基础，具有较大的实用价值[2]。
参考文献
[1]高兰恩.煤矿供电事故多发的原因及防范措施分析[J].煤炭技术,2013，32(4):36-37.
[2]丁静波，煤矿供电越级跳闸问题解决方案研究[J].煤炭科学技术，2017,42（02）：63-67.
论文作者:牛圣良
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/29
标签：故障论文; 煤矿论文; 矩阵论文; 智能论文; 报文论文; 信息论文; 区段论文; 《电力设备》2018年第23期论文;