矿用高压开关柜在无人矿山的应用案例

一、背景概述

无人矿山（智能化矿山/智慧矿山）是矿山行业发展的重要方向，其中高压供电系统的智能化、无人化是核心环节。矿用高压开关柜作为井下/露天矿山供配电系统的关键设备，在无人矿山中承担着远程监控、自动保护、无人值守等重要功能。



二、典型应用案例

案例1：国家能源集团——锦界煤矿（智能化示范煤矿）

| 项目 | 内容 |
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| 矿山类型 | 露天煤矿 |
| 电压等级 | 10kV高压开关柜 |
| 智能化改造 | 高压配电室实现无人值守，配备智能监控系统 |
| 关键技术 | 远程集控中心监控高压开关柜状态（温度、局放、开关位置等） |
| 效果 | 高压配电室取消值班人员，故障响应时间缩短至分钟级 |

案例2：山东黄金集团——三山岛金矿（深井智能化矿山）

| 项目 | 内容 |
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| 矿山类型 | 深井金矿（井下-1000m以上） |
| 电压等级 | 6kV/10kV矿用高压开关柜（如KYN28A-12等） |
| 智能化改造 | 井下中央变电所无人化运行 |
| 关键技术 | 光纤通信+以太网实现高压柜远程操控；集成温度监测、弧光保护 |
| 效果 | 实现井下高压变电所"无人巡检、远程操控、智能保护" |

案例3：华能集团——扎煤公司（露天无人矿山）

| 项目 | 内容 |
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| 矿山类型 | 露天煤矿 |
| 电压等级 | 35kV/10kV高压开关柜 |
| 智能化改造 | 35kV变电站+10kV配电系统智能化 |
| 关键技术 | 数字孪生+AI分析，高压开关柜在线监测与预测性维护 |
| 效果 | 供电可靠性提升，减少停电事故，运维人员减少50%以上 |

案例4：中国五矿——柿竹园矿（有色矿山智能化）

| 项目 | 内容 |
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| 矿山类型 | 井下多金属矿 |
| 电压等级 | 6kV矿用高压真空开关柜 |
| 智能化改造 | 井下高压配电自动化 |
| 关键技术 | 高压柜集成智能传感器，实现故障自诊断与自动隔离 |
| 效果 | 井下供电"黑启动"能力增强，事故自动处理 |

案例5：紫金矿业——铜矿/金矿（海外+国内多点）

| 项目 | 内容 |
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| 矿山类型 | 井下铜矿/金矿 |
| 电压等级 | 6.6kV/10kV |
| 智能化改造 | 矿山操作中心（ROC）远程管控高压开关柜 |
| 关键技术 | 5G+工业互联网，高压柜远程分合闸操作 |
| 效果 | 实现"穿西装采矿"，操控人员在地面调度室完成井下高压操作 |

案例6：河南能源——永煤集团陈四楼煤矿

| 项目 | 内容 |
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| 矿山类型 | 井下煤矿 |
| 电压等级 | 10kV矿用高压开关柜（防爆型） |
| 智能化改造 | 井下变电所无人化+视频AI巡检 |
| 关键技术 | 机器视觉+红外热成像自动巡检高压柜 |
| 效果 | 高压设备巡检由人工变为AI自动巡检，效率提升4倍 |



三、核心技术架构


┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 地面调度/集控中心（无人操控） │
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│ │ 监控大屏 │ │ AI分析平台 │ │
│ └────┬─────┘ └─────┬────┘ │
│ │ 5G/光纤/工业以太网 │ │
├──────────────┼──────────────────┼───────────────┤
│ 井下/露天 智能高压开关柜 │
│ ┌─────────────────────────────────────┐ │
│ │ 智能传感器层： │ │
│ │ • 温度传感器（触头/母排） │ │
│ │ • 局部放电监测（TEV/超声波） │ │
│ │ • 电流/电压互感器 │ │
│ │ • 开关机械特性监测 │ │
│ │ • 弧光保护传感器 │ │
│ │ • SF6气体/真空度监测 │ │
│ └──────────────┬──────────────────────┘ │
│ │ 智能控制器/IED │
│ ┌──────────────▼──────────────────────┐ │
│ │ 执行层： │ │
│ │ • 电动操动机构（远程分合闸） │ │
│ │ • 自动投切/备自投装置 │ │
│ │ • 故障自动隔离 │ │
│ └─────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────┘




四、关键技术要点

1. 远程操控技术
- 电动操动机构取代手动操作，支持远程分合闸
- 视频联动确认，防止误操作
- 5G/光纤低延迟通信（<20ms）

2. 在线监测与智能诊断
| 监测项目 | 技术手段 | 作用 |
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| 触头温度 | 光纤测温/红外 | 预防过热故障 |
| 局部放电 | UHF/TEV传感器 | 绝缘劣化预警 |
| 开关动作特性 | 行程/速度传感器 | 机械故障预判 |
| 环境参数 | 温湿度/SF6浓度 | 运行环境监控 |
| 弧光短路 | 弧光传感器 | 快速切除故障 |

3. 自动保护与自愈
- 选择性接地保护：自动定位故障支路
- 备自投（BZT）：主供故障后自动切换备用回路
- 故障隔离：自动分断故障段，非故障段恢复供电
- 黑启动：断电后自动恢复关键负荷供电

4. 防爆与安全要求
- 煤矿井下必须使用防爆型/矿用隔爆型高压开关柜
- 符合GB/T 19854、MT/T 661等标准
- 本安型传感器+隔爆型执行器



五、常用矿用高压开关柜型号（无人矿山适用）

| 型号 | 电压等级 | 特点 | 适用场景 |
|||||
| KYN28A-12（矿用改造型） | 10kV | 铠装移开式，可加装智能组件 | 井下中央变电所 |
| KGN-12 | 10kV | 矿用固定式，结构简单 | 井下采区变电所 |
| XGN2-12（矿用型） | 10kV | 箱式固定，紧凑 | 露天矿山箱变 |
| HXGN17-12 | 10kV | 环网柜，负荷开关+熔断器 | 露天矿山配电 |
| KYN61-40.5 | 35kV | 铠装式，适用于大型矿山 | 大型露天矿总降 |



六、效果与趋势

当前效果
- ✅ 高压配电室实现真正无人值守
- ✅ 故障处理从"小时级"缩短到"分钟级甚至秒级"
- ✅ 运维人员减少40%~70%
- ✅ 供电可靠性从99.5%提升至99.9%以上

未来趋势
| 方向 | 内容 |
|||
| 数字孪生 | 高压开关柜1:1数字模型，虚拟仿真运维 |
| AI预测维护 | 基于大数据的故障预测，从"定期检修"到"状态检修" |
| 机器人巡检 | 井下巡检机器人替代人工到达高压柜现场 |
| 边缘计算 | 高压柜本地智能终端实现毫秒级保护决策 |
| 标准统一 | 矿用高压设备智能接口标准（如IEC 61850矿用扩展） |



七、主要设备供应商

| 企业 | 代表产品/方案 |
||-|
| 平高电气 | 矿用高压真空开关柜+智能监控 |
| 许继电气 | 矿用智能配电系统整体方案 |
| 山东泰开 | KYN28矿用高压开关柜智能化改造 |
| 中电装备 | 矿用高压开关+在线监测系统 |
| 天地科技 | 矿山智能化整体解决方案（含高压） |
| 华为/中兴 | 5G+工业互联网通信底座 |



> 总结：矿用高压开关柜在无人矿山中的应用，本质上是将传统的"人工操作+定期巡检"模式转变为"远程智能操控+在线持续监测+AI辅助决策"模式，是智慧矿山建设中供配电环节的核心支撑。

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