让煤矿供电更安全智能 北京国力自主研发新一代全矿井智能供电整体解决方案纪实

日前举办的第二十一届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会上，北京国力电气科技有限公司（以下简称北京国力）展出的基于网络继电保护原理的全矿井供电智能管控系统备备受关注。

“多年来，北京国力致力于发现并突破行业痛点，率先将人工智能技术引入配电保护领域，创新性提出网络继电保护新原理，研发的定值智能整定、高压短路故障防越级跳闸、高压接地故障精准选线、低压漏电故障防误跳、低压远程一键漏电试验等技术填补国内空白，保障煤矿供电安全。”北京国力董事长国际平介绍。

近年来，北京国力研发的煤矿供电分布式网络保护防越级跳闸技术、煤矿供电防越级跳闸及精确选漏技术分别入选2020年发布的《煤矿安全生产先进适用技术装备推广目录（第四批）》、2024年发布的《矿山安全先进适用技术及装备推广目录（2024年）》。

首创技术理念

破解煤矿越级跳闸难题

供电系统是煤矿安全生产的命脉。煤矿供电系统通常由地面供电系统与井下供电系统组成，井下供电系统包括井下中央变电所、采区变电所、移动变电站与配电点。

为满足不同设备的供电需求，煤矿往往会采用多种电压等级，如采用高压电源从地面向井下中央变电所供电，用于驱动井下主排水泵、提升机等大型固定设备；采用低压电源为采煤机、刮板输送机等大功率移动设备供电。

继电保护装置是上述电力流程稳定运行的关键。传统继电保护装置结合电压、电流等判断故障，根据电流大小及保护极差时间消除故障。当线路发生故障时，由于级差时间不足，且上下级保护监测的故障电流非常接近，导致保护失去选择性，会出现绝大部分开关越级跳闸现象。

“比如说，一栋楼里面，每个房间都有开关，每一层有个分开关，这栋楼还有个总开关。越级跳闸就是一个房间出现故障，开关跳闸了，引起这一层的分开关跳闸了，甚至导致整个楼都跳闸停电。”国际平介绍。

在煤矿生产中，越级跳闸则会因一个开关故障而引发大面积停电，甚至越级跳闸到井上，对安全生产造成极大影响。受传统三段式电流保护原理限制，越级跳闸的问题一直没有得到根本解决。

2005 年，从事电气自动化的国际平成立哈尔滨国力电气有限公司，最初从发电厂设备监测技术领域做起。2010 年，基于电力产品研发与应用经验，国际平等人针对煤矿供电痛点难题开始攻关，正式跨入煤矿供电安全领域。

2012 年，国际平等人来到黑龙江龙煤集团双鸭山矿业公司东荣一矿，开始进行煤矿智能供电无人值守及防越级跳闸系统试验，旨在解决高压短路故障越级跳闸、高压接地故障选线不准、低压漏电故障越级跳闸等技术难题。

“采用传统模式，超过定值就会跳闸。能不能开发一种新的思路，超过定值则启动保护，让设备不跳闸？”国际平在实践中不断思考。

结合区块链的运行模式，国际平及团队想到一个新办法，即把通信网络加入继电保护中。经过一年多不断试错与艰苦攻关，防越级跳闸技术研发成功。该技术依托“网络通信+供电拓扑”双通道互联模式，通过以太网通信、算法模型智能决策等技术应用，可实现信息互通、精准故障定位。

北京国力电气科技有限公司董事长国际平（左三）与团队研讨技术难题

“比如，咱们在一个封闭的会议室开会，会议室有个门，听到敲门声就去开门。以前是不知道哪个人离得最近，听到敲门声大家一拥而上都去开门。现在是每个人脑子里都有一张电子地图，精准判断所有人的位置，离得近的人直接就去开了。这就相当于把单兵作战的模式改为会议模式。”北京国力技术交流中心主任孙海强解释。

这种新模式被称为网络继电保护创新原理，由北京国力首创。该原理利用以太网构建保护通信网络。当保护启动时，保护装置间通过网络通信共享信息，结合供电系统拓扑网，确定故障位置。故障点位置开关零延时跳闸，动态调整上级为其进行后备保护。

“这种模式的主要创新点在于取消了保护配合级差及严格按照故障电流进行整定的方法，线路上任何一点故障均能零延时跳闸。”国际平表示。

整体解决方案赋能

200多个项目已落地

在网络继电保护创新原理的基础上，北京国力创新研发出煤矿防越级跳闸、煤矿高压接地故障精确选线、煤矿低压漏电故障防误跳、一键漏电试验、煤矿供电定值智能整定、智能性矿用隔爆兼本质安全型电磁起动器等技术装备，并形成新一代全矿井智能供电整体解决方案。

在东荣一矿的试验中，煤矿智能供电无人值守及防越级跳闸系统每年有效避免大面积停电18次，缩短事故停电时间75小时，减少变电所岗位工人20多名，创造经济效益1000多万元。

2019 年，防越级跳闸系统开始在龙煤集团、山东能源集团鲁西矿业新巨龙能源有限公司应用；2021 年，基于分布式网络保护的供电防越级跳闸关键技术在国家能源集团神东煤炭公司大柳塔煤矿大井高压供电系统应用；同年，中国大唐集团国源矿业龙王沟煤矿投用了低压供电精确选漏及远程漏电试验系统；2024 年，陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司投用了低压供电精确选漏及远程漏电试验系统。

龙煤集团双鸭山矿业公司东荣二矿工人在检查井下供电设备

“一个是保障安全，一个是提高效率。”孙海强总结煤矿智能供电无人值守及防越级跳闸系统带来的效益，“如果井下出现故障后，不能精确定位的话，对人身安全影响很大。漏电或接地选线故障的话，职工去触碰开关、电缆时就会触电。排查故障时，工人要下井一个个查，费时费力。现在，一个人点一个按钮就完成了。”

如今，高压防越级跳闸、高压接地故障精确选线、低压漏电防误跳等技术，能有效防止出现因供电事故引起的非计划、大面积停电；一键漏电试验技术，将漏电试验流程化、自动化、智能化，全面代替了井下专业电气工程师繁琐复杂的试验工作，并且能实时监测和适应负荷变化。

现场展示的智能供电综合管控平台，集合了视频监控、数据查询、一键复电、一键漏试、事故分析、状态诊断、报警查询、定值智能整定等功能。

龙煤集团双鸭山矿业公司东荣二矿采区变电所智能供电综合管控平台

“这是采区变电所一键漏电试验界面。点击启动，系统自动检测是否漏电，并在大屏幕上显示结果。”北京国力技术人员演示了低压一键漏电试验操作流程。

点击监控画面中的试验启动按钮后，系统远程控制试验电阻由分馈至总馈顺序接地，各馈电开关依照相同顺序跳闸，进行漏电保护。

旁边一排矿用低压智能综合保护装置的内部指示灯跟着跳动，分别显示“分位”“通讯”“漏电”“告警”等状态。装置内的小小屏幕上，提示“总开关漏电闭锁”“接地电阻”等信息。整个试验完成后，系统自动生成详细的试验报告。

这背后的技术支持，源自北京国力将人工智能技术深度融入供电系统“感知—诊断—处置—运维”全链条，使煤矿供电系统具备了自主学习、自适应调整的能力。

“我们用的是北京国力的高压保护系统，现在来了解一下低压保护系统。”来自国家能源集团榆林能源青龙寺矿的张彪在现场告诉记者，“如果供电系统发生故障，我们可以查询智能供电综合管控平台历史数据，分析当时故障状态。”

通过长期实践，北京国力形成了“技术突破—场景验证—技术迭代—规模推广”的良性应用循环。目前，北京国力新一代全矿井智能供电整体解决方案已推广至20余家大型能源集团，在煤矿落地200多个建设项目。

长效合作机制支撑

推动智能化供电向非煤领域延伸

如今，成立于 2018 年的北京国力建成哈尔滨、南京两大研发基地，拥有百人规模的老中青梯次人才队伍，主持参与多项核心行业标准制定，并与哈尔滨工业大学、中国矿业大学 （北京）、哈尔滨工程大学、中国安全生产科学研究院等建立了长期产学研合作机制。

同时，北京国力是煤炭行业矿井智能供电工程研究中心的依托单位。这是煤炭行业唯一一个智能供电工程研究中心。

“智能供电对煤矿来说是非常重要的，无论设备多先进、自动化开采程度多高，基础是要有电，如果电不稳定就谈不上智能化。供电智能化应成为智能化建设的重中之重。”国际平与孙海强在采访中强调。

北京国力表示未来会继续攻关故障测距、电缆绝缘监测等技术，致力于将煤矿应用成熟的技术推广至非煤矿山、化工和钢铁等领域，实现供电安全智能化。