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| 北京國力自主研發(fā)新一代全礦井智能供電整體解決方案紀(jì)實 |
| 來源：中國能源網(wǎng) 時間：2025/11/26 |
前舉辦的第二十一屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會上，北京國力電氣科技有限公司（以下簡稱北京國力）展出的基于網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)原理的全礦井供電智能管控系統(tǒng)備受關(guān)注。“多年來，北京國力致力于發(fā)現(xiàn)并突破行業(yè)痛點，率先將人工智能技術(shù)引入配電保護(hù)領(lǐng)域，創(chuàng)新性提出網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)新原理，研發(fā)的定值智能整定、高壓短路故障防越級跳閘、高壓接地故障精準(zhǔn)選線、低壓漏電故障防誤跳、低壓遠(yuǎn)程一鍵漏電試驗等技術(shù)填補國內(nèi)空白，保障煤礦供電安全。”北京國力董事長國際平介紹。
近年來，北京國力研發(fā)的煤礦供電分布式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)防越級跳閘技術(shù)、煤礦供電防越級跳閘及精確選漏技術(shù)分別入選2020年發(fā)布的《煤礦安全生產(chǎn)先進(jìn)適用技術(shù)裝備推廣目錄（第四批）》、2024年發(fā)布的《礦山安全先進(jìn)適用技術(shù)及裝備推廣目錄（2024年）》。
創(chuàng)新技術(shù)思路，破解越級跳閘難題
供電系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的命脈。煤礦 供電系統(tǒng)通常由地面供電系統(tǒng)與井下供電系統(tǒng)組成，井下供電系統(tǒng)包括井下中央變電所、采區(qū)變電所、移動變電站與配電點。
為滿足不同設(shè)備的供電需求，煤礦往往會采用多種電壓等級，如采用高壓電源從地面向井下中央變電所供電，用于驅(qū)動井下主排水泵、提升機等大型固定設(shè)備；采用低壓電源為采煤機、刮板輸送機等大功率移動設(shè)備供電。
繼電保護(hù)裝置是上述電力流程穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置結(jié)合電壓、電流等判斷故障，根據(jù)電流大小及保護(hù)極差時間消除故障。當(dāng)線路發(fā)生故障時，由于級差時間不足，且上下級保護(hù)監(jiān)測的故障電流非常接近，導(dǎo)致保護(hù)失去選擇性，會出現(xiàn)絕大部分開關(guān)越級跳閘現(xiàn)象。
“比如說，一棟樓里面，每個房間都有開關(guān)，每一層有個分開關(guān)，這棟樓還有個總開關(guān)。越級跳閘就是一個房間出現(xiàn)故障，開關(guān)跳閘了，引起這一層的分開關(guān)跳閘了，甚至導(dǎo)致整個樓都跳閘停電。”國際平介紹。
在煤礦生產(chǎn)中，越級跳閘則會因一個開關(guān)故障而引發(fā)大面積停電，甚至越級跳閘到井上，對安全生產(chǎn)造成極大影響。受傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)原理限制，越級跳閘的問題一直沒有得到根本解決。
2005年，從事電氣自動化的國際平成立哈爾濱國力電氣有限公司，最初從發(fā)電廠設(shè)備監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域做起。2010 年，基于電力產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗，國際平等人針對煤礦供電痛點難題開始攻關(guān)，正式跨入煤礦供電安全領(lǐng)域。
2012年，國際平等人來到黑龍江龍煤集團(tuán)雙鴨山礦業(yè)公司東榮一礦，開始進(jìn)行煤礦智能供電無人值守及防越級跳閘系統(tǒng)試驗，旨在解決高壓短路故障越級跳閘、高壓接地故障選線不準(zhǔn)、低壓漏電故障越級跳閘等技術(shù)難題。
“采用傳統(tǒng)模式，超過定值就會跳閘。能不能開發(fā)一種新的思路，超過定值則啟動保護(hù)，讓設(shè)備不跳閘？”國際平在實踐中不斷思考。
結(jié)合區(qū)塊鏈的運行模式，國際平及團(tuán)隊想到一個新辦法，即把通信網(wǎng)絡(luò)加入繼電保護(hù)中。經(jīng)過一年多不斷試錯與艱苦攻關(guān)，防越級跳閘技術(shù)研發(fā)成功。該技術(shù)依托“網(wǎng)絡(luò)通信+供電拓?fù)洹彪p通道互聯(lián)模式，通過以太網(wǎng)通信、算法模型智能決策等技術(shù)應(yīng)用，可實現(xiàn)信息互通、精準(zhǔn)故障定位。
“比如，咱們在一個封閉的會議室開會，會議室有個門，聽到敲門聲就去開門。以前是不知道哪個人離得最近，聽到敲門聲大家一擁而上都去開門。現(xiàn)在是每個人腦子里都有一張電子地圖，精準(zhǔn)判斷所有人的位置，離得近的人直接就去開了。這就相當(dāng)于把單兵作戰(zhàn)的模式改為會議模式。”北京國力技術(shù)交流中心主任孫海強解釋。
這種新模式被稱為網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)創(chuàng)新原理，由北京國力首創(chuàng)。該原理利用以太網(wǎng)構(gòu)建保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)保護(hù)啟動時，保護(hù)裝置間通過網(wǎng)絡(luò)通信共享信息，結(jié)合供電系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)，確定故障位置。故障點位置開關(guān)零延時跳閘，動態(tài)調(diào)整上級為其進(jìn)行后備保護(hù)。
“這種模式的主要創(chuàng)新點在于取消了保護(hù)配合級差及嚴(yán)格按照故障電流進(jìn)行整定的方法，線路上任何一點故障均能零延時跳閘。”國際平表示。
研發(fā)技術(shù)裝備，提供整體解決方案
在網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)創(chuàng)新原理的基礎(chǔ)上，北京國力創(chuàng)新研發(fā)出煤礦防越級跳閘、煤礦高壓接地故障精確選線、煤礦低壓漏電故障防誤跳、一鍵漏電試驗、煤礦供電定值智能整定、智能性礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電磁起動器等技術(shù)裝備，并形成新一代全礦井智能供電整體解決方案。
在東榮一礦的試驗中，煤礦智能供電無人值守及防越級跳閘系統(tǒng)每年有效避免大面積停電18次，縮短事故停電時間75小時，減少變電所崗位工人20多名，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1000多萬元。
2019年，防越級跳閘系統(tǒng)開始在龍煤集團(tuán)、山東能源集團(tuán)魯西礦業(yè)新巨龍能源有限公司應(yīng)用；2021年，基于分布式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的供電防越級跳閘關(guān)鍵技術(shù)在國家能源集團(tuán)神東煤炭公司大柳塔煤礦大井高壓供電系統(tǒng)應(yīng)用；同年，中國大唐集團(tuán)國源礦業(yè)龍王溝煤礦投用了低壓供電精確選漏及遠(yuǎn)程漏電試驗系統(tǒng)；2024年，陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司投用了低壓供電精確選漏及遠(yuǎn)程漏電試驗系統(tǒng)。
“一個是保障安全，一個是提高效率。”孫海強總結(jié)煤礦智能供電無人值守及防越級跳閘系統(tǒng)帶來的效益，“如果井下出現(xiàn)故障后，不能精確定位的話，對人身安全影響很大。漏電或接地選線故障的話，職工去觸碰開關(guān)、電纜時就會觸電。排查故障時，工人要下井一個個查，費時費力。現(xiàn)在，一個人點一個按鈕就完成了。”
如今，高壓防越級跳閘、高壓接地故障精確選線、低壓漏電防誤跳等技術(shù)，能有效防止出現(xiàn)因供電事故引起的非計劃、大面積停電；一鍵漏電試驗技術(shù)，將漏電試驗流程化、自動化、智能化，全面代替了井下專業(yè)電氣工程師繁瑣復(fù)雜的試驗工作，并且能實時監(jiān)測和適應(yīng)負(fù)荷變化。
記者在展覽會現(xiàn)場看到，作為集大成者的智能供電綜合管控平臺，集合了視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、一鍵復(fù)電、一鍵漏試、事故分析、狀態(tài)診斷、報警查詢、定值智能整定等功能。
“這是采區(qū)變電所一鍵漏電試驗界面。點擊啟動，系統(tǒng)自動檢測是否漏電，并在大屏幕上顯示結(jié)果。”北京國力技術(shù)人員演示了低壓一鍵漏電試驗操作流程。
點擊監(jiān)控畫面中的試驗啟動按鈕后，系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制試驗電阻由分饋至總饋順序接地，各饋電開關(guān)依照相同順序跳閘，進(jìn)行漏電保護(hù)。
旁邊一排礦用低壓智能綜合保護(hù)裝置的內(nèi)部指示燈跟著跳動，分別顯示“分位”“通訊”“漏電”“告警”等狀態(tài)。裝置內(nèi)的小小屏幕上，提示“總開關(guān)漏電閉鎖”“接地電阻”等信息。整個試驗完成后，系統(tǒng)自動生成了詳細(xì)的試驗報告。
這背后的技術(shù)支持，源自北京國力將人工智能技術(shù)深度融入供電系統(tǒng)“感知-診斷-處置-運維”全鏈條，使煤礦供電系統(tǒng)具備了自主學(xué)習(xí)、自適應(yīng)調(diào)整的能力。
“我們用的是北京國力的高壓保護(hù)系統(tǒng)，現(xiàn)在來了解一下低壓保護(hù)系統(tǒng)。”來自國家能源集團(tuán)榆林能源青龍寺礦的張彪在現(xiàn)場告訴記者，“如果供電系統(tǒng)發(fā)生故障，我們可以查詢智能供電綜合管控平臺歷史數(shù)據(jù)，分析當(dāng)時故障狀態(tài)。”
通過長期實踐，北京國力形成了“技術(shù)突破-場景驗證-技術(shù)迭代-規(guī)模推廣”的良性應(yīng)用循環(huán)。目前，北京國力新一代全礦井智能供電整體解決方案已推廣至20余家大型能源集團(tuán)，在煤礦落地200多個建設(shè)項目。
如今，成立于2018年的北京國力建成哈爾濱、南京兩大研發(fā)基地，擁有百人規(guī)模的老中青梯次人才隊伍，主持參與多項核心行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，并與哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué) （北京）、哈爾濱工程大學(xué)、中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院等建立了長期產(chǎn)學(xué)研合作機制。
同時，北京國力是煤炭行業(yè)礦井智能供電工程研究中心的依托單位。這是煤炭行業(yè)唯一一個智能供電工程研究中心。
“智能供電對煤礦來說是非常重要的，無論設(shè)備多先進(jìn)、自動化開采程度多高，基礎(chǔ)是要有電，如果電不穩(wěn)定就談不上智能化。供電智能化應(yīng)成為智能化建設(shè)的重中之重。”國際平與孫海強在采訪中強調(diào)。
未來，北京國力會繼續(xù)攻關(guān)故障測距、電纜絕緣監(jiān)測等技術(shù)，致力于將煤礦應(yīng)用成熟的技術(shù)推廣至非煤礦山、化工和鋼鐵等領(lǐng)域，實現(xiàn)供電安全智能化。
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