電力監(jian)控系統(tong)在煤(mei)礦井下(xia)配電管理中的(de)設計(ji)與(yu)應用

摘(zhai)要(yao)：目(mu)前(qian)煤(mei)礦井下(xia)電力系統(tong)發(fa)生(sheng)了各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)創新和(he)變(bian)化。部(bu)分(fen)礦井使(shi)用更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)和(he)配(pei)電(dian)電壓較高(gao)的(de)電氣開關設備(bei)，通(tong)常使(shi)用可(ke)編(bian)程(cheng)邏輯控制(zhi)器(PLC)進行控制(zhi)、監控和診斷應(ying)用(yong)，使(shi)用內(nei)置(zhi)測試(shi)電(dian)路改(gai)進繼(ji)電保護，在負(fu)載(zai)附近(jin)進行功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正，以(yi)改進電壓調節以(yi)及修(xiu)改(gai)電(dian)力系統(tong)部件(jian)布置(zhi)。電(dian)力監(jian)控系統(tong)是由(you)於(yu)工(gong)作(zuo)面設備(bei)(尤其是長(chang)壁(bi)設備)的(de)功(gong)率(lv)需求(qiu)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)所(suo)需要(yao)的(de)。監測系統(tong)主要(yao)目(mu)的(de)是改(gai)善動(dong)力系統(tong)的(de)運(yun)行特性(xing)，提(ti)高(gao)了礦井生(sheng)產安全性。介(jie)紹(shao)了利(li)用(yong)ARM和以(yi)太網技術為(wei)核(he)心的(de)煤礦井下(xia)監控系統(tong)，並(bing)對系統(tong)進行測試(shi)分(fen)析(xi)，表明(ming)了系統(tong)穩定(ding)可靠(kao)且(qie)安(an)全性較高(gao)。

 

關鍵詞：煤(mei)礦；供(gong)電(dian)系統(tong)；監控系統(tong)；ARM技術；測試(shi)應(ying)用

 

 

       在過去幾(ji)十年裏，煤炭(tan)生(sheng)產成本繼(ji)續下(xia)降，這些收(shou)益是技術改(gai)良(liang)的(de)直(zhi)接結(jie)果(guo)，同時也是在很(hen)大(da)程(cheng)度上(shang)歸(gui)根(gen)於(yu)電(dian)氣系統(tong)技術進步(bu)的(de)結果(guo)。通(tong)過企業(ye)開發(fa)和(he)應(ying)用(yong)更(geng)強(qiang)大(da)、更(geng)復(fu)雜(za)的(de)設備(bei)，並(bing)通(tong)過設(she)計向(xiang)該(gai)設備(bei)供(gong)電(dian)的(de)系統(tong)，實現(xian)了生(sheng)產收(shou)益。近年來(lai)，煤礦井下(xia)電氣系統(tong)的(de)電力需求(qiu)急劇增(zeng)加(jia)。以(yi)前(qian)，1500kVA的(de)電力網(wang)絡通(tong)常被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)井(jing)下(xia)應用的(de)大(da)型(xing)電力中心，主變(bian)電(dian)站大(da)約(yue)由5000kVA的(de)變壓器供(gong)電(dian)。如(ru)今(jin)，高產長壁(bi)工作(zuo)面的(de)電力中心容(rong)量(liang)超(chao)過5000kVA。隨著(zhe)長(chang)壁(bi)工作(zuo)面長度(du)的(de)增加(jia)，需要(yao)更(geng)大(da)的(de)電力保(bao)障(zhang)。目前(qian)電(dian)氣系統(tong)的(de)技術限(xian)制(zhi)在2個(ge)方(fang)面：自動(dong)化(hua)和(he)電(dian)力輸(shu)送(song)。隨著(zhe)生(sheng)產率的(de)提(ti)高(gao)，工人(ren)們越來(lai)越難(nan)跟上(shang)機(ji)器的(de)步(bu)伐(fa)，因(yin)而為(wei)電力監(jian)控系統(tong)開發(fa)了自動(dong)化(hua)技術。盡(jin)管取得(de)了重(zhong)要(yao)進展，但還需要(yao)進行更(geng)多(duo)研(yan)究(jiu)，本文(wen)針(zhen)對煤礦電力監(jian)控系統(tong)繼(ji)續開展(zhan)技術討(tao)論(lun)。解(jie)決(jue)的(de)電力監(jian)控問(wen)題是：如(ru)何(he)在沒(mei)有(you)嚴(yan)重電壓調節問(wen)題的(de)情況(kuang)下(xia)提(ti)供(gong)大(da)量(liang)電力，以(yi)及如何(he)安(an)全、經濟(ji)地(di)中斷較大(da)的(de)電力波(bo)動，特別(bie)是在故(gu)障(zhang)條(tiao)件下(xia)的(de)安全監控。本文(wen)中討論(lun)的(de)許(xu)多創新成果(guo)為(wei)礦井電(dian)力監(jian)控系統(tong)研(yan)究(jiu)提(ti)供(gong)了依(yi)據。

 

 

1.1設(she)計(ji)目標

       煤(mei)礦綜合電力監(jian)控系統(tong)是在充(chong)分(fen)利用(yong)礦井外電力綜(zong)合自動(dong)化(hua)技術的(de)基(ji)礎上(shang)，專門對井下(xia)供(gong)電(dian)系統(tong)、電力保(bao)護裝(zhuang)置(zhi)、調度自動(dong)化(hua)等(deng)壹(yi)體(ti)化(hua)進行監(jian)測監(jian)控的(de)電力自動(dong)化(hua)平(ping)臺(tai)。該(gai)平(ping)臺(tai)可(ke)以(yi)集高(gao)低(di)壓開關在地(di)、離地(di)的(de)保護、測量(liang)和控制(zhi)於(yu)壹(yi)體(ti)，實現(xian)地(di)下(xia)變電站無人(ren)值守(shou)運(yun)行、整個(ge)礦山電(dian)力系統(tong)運(yun)行狀態的(de)監控、運(yun)行參數超(chao)限(xian)報警、礦山調度系統(tong)的(de)實施，實現(xian)

視(shi)頻圖(tu)像監(jian)控系統(tong)實現(xian)互聯(lian)。

 

1.2礦井電(dian)力供(gong)應(ying)簡(jian)介(jie)

       我(wo)國(guo)大(da)多(duo)數煤礦屬於(yu)井(jing)工(gong)開(kai)采，煤礦供(gong)電(dian)系統(tong)從(cong)上(shang)到(dao)下(xia)依次為(wei)地(di)面變電(dian)所、井下(xia)變電所、采區變(bian)電(dian)所以(yi)及移(yi)動(dong)變電站。供(gong)電(dian)系統(tong)普遍(bian)采用的(de)是多(duo)級短(duan)電纜(lan)組(zu)成的(de)幹線(xian)式(shi)電(dian)網結(jie)構(gou)。煤(mei)礦高壓供(gong)電(dian)等(deng)級(ji)壹般為6~10kV，低(di)壓等級有3300V、1140V、660V、380V和(he)220V。《煤礦安全規(gui)程(cheng)》要(yao)求(qiu)井下(xia)供(gong)電(dian)網(wang)絡采用雙(shuang)回(hui)路供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)，兩(liang)回路(lu)互為備用，即壹(yi)回路(lu)電(dian)源(yuan)或線(xian)路出現故障(zhang)以(yi)後，通(tong)過調整高壓開關，可以(yi)將另壹(yi)路正(zheng)常(chang)電(dian)源(yuan)接過來(lai)，保證了負(fu)荷的(de)持續(xu)供(gong)電(dian)。

 

 

2.1系統(tong)架構(gou)設計(ji)

       在回(hui)顧(gu)了過去和現(xian)有的(de)煤礦電力供(gong)應(ying)技術之後(hou)，開(kai)發(fa)並(bing)提(ti)出(chu)了壹(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)監控系統(tong)。該(gai)系統(tong)以(yi)監控單(dan)元(yuan)為主，如(ru)圖(tu)1所示(shi)。這兩個(ge)單(dan)元(yuan)都由作(zuo)為核(he)心微控制(zhi)器的(de)LPC2148組(zu)成，屬(shu)於(yu)ARM控制(zhi)器類型(xing)。通過以(yi)太網收(shou)發(fa)器相(xiang)互通信，采礦裝(zhuang)置(zhi)和(he)監(jian)控裝(zhuang)置(zhi)中使(shi)用的(de)收(shou)發(fa)器屬於(yu)同壹類型(xing)。

圖1煤礦電力監(jian)控系統(tong)架構(gou)示意(yi)

 

       ARM控制(zhi)器作(zuo)為監(jian)控系統(tong)的(de)核(he)心單(dan)位，它采用STM32F103RAM32位處(chu)理器作(zuo)為系統(tong)的(de)主芯(xin)片(pian)，配(pei)有(you)24位模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器和640×480真彩(cai)色液(ye)晶顯示(shi)屏(ping)以(yi)及相(xiang)應(ying)的(de)軟件(jian)。該(gai)裝(zhuang)置(zhi)以(yi)OMAP平(ping)臺(tai)為(wei)核(he)心作(zuo)為保(bao)護，較好(hao)地(di)利用(yong)了TMS320C5470DSP芯(xin)片(pian)的(de)數字(zi)信號處(chu)理能力和(he)高ARM926芯(xin)片(pian)的(de)外圍(wei)集(ji)成，組(zu)網突(tu)出的(de)特點(dian)為(wei)煤礦配電(dian)系統(tong)網絡保(bao)護裝(zhuang)置(zhi)提(ti)供(gong)了壹(yi)種(zhong)新的(de)研(yan)究(jiu)結構(gou)。

       在電(dian)力監(jian)控系統(tong)中集成C8051F410的(de)光纖(xian)激光甲烷傳感(gan)器。但是(shi)光纖(xian)傳感(gan)器在煤(mei)礦的(de)推廣(guang)使(shi)用也(ye)出(chu)現(xian)了壹(yi)些弊(bi)端(duan)，如顯示(shi)值暴(bao)漲、激光功(gong)率(lv)變(bian)弱(ruo)等(deng)。但是(shi)該(gai)傳感(gan)器的(de)加(jia)速(su)度(du)最(zui)小，為(wei)1mm／s2，可(ke)用於(yu)微地(di)震(zhen)信(xin)號的(de)測量(liang)和電(dian)力環(huan)境(jing)中的(de)泄漏(lou)測量(liang)。

 

2.2硬(ying)件設計(ji)

 

2.2.1ARM微控制(zhi)器選(xuan)型(xing)

       系統(tong)選(xuan)用(yong)ARM7TDMI系列(lie)的(de)微控制(zhi)器，具有極(ji)低(di)的(de)功(gong)耗(hao)和(he)價格並(bing)提(ti)供(gong)高(gao)性(xing)能的(de)技術特點(dian)。ARM架(jia)構基(ji)於(yu)精(jing)簡(jian)指(zhi)令集計算(suan)機(RISC)原(yuan)理，指(zhi)令集和相(xiang)關解碼(ma)機制(zhi)比微編(bian)程(cheng)復(fu)雜(za)指(zhi)令集計算(suan)機(CISC)簡(jian)單(dan)得(de)多。這種(zhong)簡(jian)單(dan)性(xing)帶來(lai)了高(gao)指(zhi)令吞吐(tu)量(liang)和實時(shi)中斷響應(ying)。

       ARM7TDMI處理器采用了的(de)架構(gou)策略(lve)(THUMB)，這使(shi)得(de)它非(fei)常(chang)適合內(nei)存受(shou)限(xian)的(de)大(da)容(rong)量(liang)應用(yong)，或者代(dai)碼(ma)密(mi)度(du)存在問(wen)題的(de)應用(yong)。ARM面對用戶串口如圖2所(suo)示。

 

 

圖2ARM面對用戶串口示意

 

       筆(bi)者使(shi)用LPC2148，具(ju)有(you)如(ru)下(xia)特征：①16／32位ARM7TDMI-S微控制(zhi)器，采用小型(xing)LQFP64封(feng)裝(zhuang)；②40KB片(pian)內(nei)靜(jing)態RAM和512KB片內(nei)閃存(cun)程(cheng)序存儲(chu)器；③通過片(pian)內(nei)引導加(jia)載(zai)軟件(jian)進行系統(tong)內(nei)或應(ying)用(yong)程(cheng)序內(nei)編(bian)程(cheng)；④兩個(ge)10位模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器總共提(ti)供(gong)14個(ge)模(mo)擬輸(shu)入，每個(ge)通(tong)道(dao)的(de)轉(zhuan)換(huan)時間(jian)低(di)至(zhi)2．44s；⑤單(dan)個(ge)10位數(shu)模(mo)轉(zhuan)換(huan)器提(ti)供(gong)可(ke)變(bian)模(mo)擬輸(shu)出；⑥多個(ge)串行接口，包括(kuo)兩個(ge)UART(16c550)、兩(liang)個(ge)快(kuai)速(su)I2C總線(xian)(400Kb／s)、具有緩(huan)沖和(he)可(ke)變(bian)數據長度功(gong)能的(de)SPI和SSP；⑦具(ju)有可(ke)配置(zhi)優先(xian)級和(he)向(xiang)量(liang)地(di)址的(de)向(xiang)量(liang)中斷控制(zhi)器；⑧在壹(yi)個(ge)小型(xing)LQFP64封(feng)裝(zhuang)中，最(zui)多(duo)可(ke)容(rong)納45個(ge)5V快(kuai)速(su)通(tong)用(yong)輸(shu)入／輸(shu)出引腳(jiao)。

 

2.2.2元器件設計

       電(dian)力監(jian)控系統(tong)不(bu)僅需要(yao)對電力運(yun)行情(qing)況(kuang)進行監(jian)控，還需要(yao)對周圍(wei)環(huan)境(jing)的(de)變化(hua)進行感(gan)應(ying)，以(yi)便隨時(shi)做(zuo)出(chu)針(zhen)對於(yu)電(dian)力調節方(fang)面的(de)變化(hua)，因(yin)此(ci)，設(she)計(ji)了氣敏、溫(wen)濕(shi)度(du)傳感(gan)的(de)元器件。為了檢測煤(mei)礦井下(xia)主要(yao)有(you)毒(du)氣體(ti)甲烷和(he)壹(yi)氧化(hua)碳(tan)，使(shi)用了MQ-7氣體(ti)傳感(gan)器，如圖3所示(shi)。

傳感(gan)器由微型AL2O3陶瓷(ci)管、二氧(yang)化錫敏感(gan)層、測量(liang)電極(ji)和(he)加(jia)熱(re)器組(zu)成，固(gu)定(ding)在由(you)塑料(liao)和(he)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)網制(zhi)成的(de)外殼中。加(jia)熱(re)器為敏感部(bu)件(jian)的(de)工作(zuo)提(ti)供(gong)必要(yao)的(de)工作(zuo)條(tiao)件。封(feng)裝(zhuang)的(de)MQ-7有6個(ge)引(yin)腳(jiao)，其中4個(ge)用(yong)於(yu)獲(huo)取信(xin)號(hao)，另(ling)外2個(ge)用(yong)於(yu)提(ti)供(gong)電(dian)流(liu)。MQ-7傳感(gan)器與(yu)ARM7TDMI的(de)P0

 

 

 

圖3MQ-7氣體(ti)傳感(gan)器

接口進行連(lian)接F。

       在所(suo)提(ti)出(chu)的(de)系統(tong)中，熱敏(min)電阻(zu)用(yong)作(zuo)溫(wen)度傳感(gan)器，被(bei)用(yong)來(lai)檢測非(fei)常(chang)小的(de)溫(wen)度變(bian)化。溫(wen)度的(de)變化(hua)通過器件電阻的(de)明顯(xian)變化(hua)來(lai)反(fan)映(ying)。這裏需要(yao)註(zhu)意(yi)的(de)是，NTC熱(re)敏電(dian)阻在－50~150℃時(shi)的(de)電阻(zu)分(fen)別(bie)為10、100kΩ。這意味(wei)著200°C的(de)溫(wen)度變(bian)化導致(zhi)了100∶1的(de)電阻(zu)變化(hua)。該(gai)傳感(gan)器連接到(dao)P1至(zhi)LPC2148接口。濕(shi)度(du)傳感(gan)器是電阻式(shi)的(de)，隨著(zhe)濕(shi)度(du)的(de)變化(hua)，傳感(gan)器電阻將發(fa)生(sheng)變化，該(gai)傳感(gan)器連接至(zhi)LPC2148。

 

2.3以(yi)太網的(de)適配

       以(yi)太網是由(you)IEEE802.15.4個(ge)人(ren)區域網(wang)標準指(zhi)

導的(de)壹種(zhong)新的(de)無線(xian)技術。它主要(yao)為(wei)廣(guang)泛的(de)自動(dong)化(hua)應(ying)用(yong)而設(she)計(ji)。它目(mu)前(qian)以(yi)20000B／s的(de)數據速(su)率(lv)工(gong)作(zuo)，占據在868MHz頻(pin)段(duan)，在發(fa)達(da)工(gong)業(ye)國家(jia)可(ke)以(yi)以(yi)250000B／s的(de)數據速(su)率(lv)工(gong)作(zuo)，可達(da)2400MHz，有(you)效(xiao)減小了外部信號(hao)幹(gan)擾(rao)。

       以(yi)太網規(gui)範是射(she)頻(pin)Lite和802．15．4規(gui)範的(de)結合。該(gai)規(gui)範工作(zuo)在2400MHz無線(xian)電頻段，與(yu)802.11b標準、藍牙(ya)、微波和壹(yi)些其他設備(bei)相(xiang)同。因(yin)礦井工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)惡(e)劣(lie)，選(xuan)用(yong)以(yi)太網作(zuo)為通(tong)信網絡較合適。以(yi)太網絡可(ke)以(yi)連接255臺(tai)電(dian)力設(she)備[9]。收(shou)發(fa)模(mo)塊(kuai)的(de)範圍(wei)在井(jing)下(xia)可達(da)300~700m，在室(shi)外可達(da)1.0~1.5km。收(shou)發(fa)器具有片內(nei)有線(xian)天線(xian)，工作(zuo)頻率(lv)為2400MHz。從(cong)微控制(zhi)器接收(shou)的(de)數據根(gen)據以(yi)太網協議(yi)標準進行組(zu)織，然後進行調制(zhi)。該(gai)規(gui)範支(zhi)持300m範圍(wei)內(nei)高達(da)250KB／s的(de)數據傳輸(shu)速(su)率(lv)。

       雖(sui)然以(yi)太網的(de)技術比(bi)802．11b(11MB／s)和(he)藍牙(ya)(1MB／s)慢(man)，但功(gong)耗(hao)明(ming)顯(xian)更(geng)低(di)[10]。系統(tong)使(shi)用壹(yi)對以(yi)太網模塊(kuai)，壹個(ge)用(yong)於(yu)傳輸(shu)地(di)下(xia)部分(fen)的(de)數據，另壹個(ge)用(yong)於(yu)接收(shou)地(di)面或監(jian)控部分(fen)的(de)數據，並(bing)且(qie)設置(zhi)主站系統(tong)，如圖(tu)4所示(shi)。

 

 

圖4主站系統(tong)組(zu)成結(jie)構(gou)示意(yi)

 

       每當監控系統(tong)人(ren)員想(xiang)要(yao)知(zhi)道(dao)參數的(de)狀態，或者每當參數值增(zeng)加(jia)到(dao)閾值以(yi)上(shang)時(shi)，就會(hui)通過調制(zhi)解調器發(fa)送(song)消(xiao)息(xi)。該(gai)故障(zhang)通過液(ye)晶屏上(shang)的(de)顯示(shi)來(lai)指(zhi)示(shi)。該(gai)電力監(jian)測將有助(zhu)於(yu)技術人(ren)員。

 

2.4軟(ruan)件設(she)計(ji)

       WinCC是(shi)壹(yi)個(ge)基(ji)於(yu)窗(chuang)口的(de)軟件(jian)開發(fa)平(ping)臺(tai)，它將強(qiang)大(da)的(de)現代(dai)編(bian)輯器與(yu)軟件多個(ge)拓(tuo)展工(gong)具相(xiang)結(jie)合。它集(ji)成了開(kai)發(fa)嵌(qian)入(ru)式(shi)應(ying)用程(cheng)序所需的(de)所有(you)工具(ju)，包括(kuo)C／C＋＋編(bian)譯器、宏匯(hui)編(bian)器、鏈接器／定位器和十六進制(zhi)文(wen)件(jian)生(sheng)成器。WinCC通過提(ti)供(gong)集(ji)成開(kai)發(fa)環(huan)境(jing)，幫(bang)助(zhu)加(jia)快(kuai)嵌入(ru)式(shi)應(ying)用的(de)開發(fa)過程(cheng)。其中生(sheng)成的(de)KEIL可以(yi)用來(lai)創建(jian)源(yuan)文(wen)件(jian)；采用易(yi)於(yu)使(shi)用的(de)用戶(hu)界面設置(zhi)的(de)選(xuan)項，完成自動(dong)編(bian)譯、鏈接和(he)轉(zhuan)換(huan)，最(zui)後(hou)在可(ke)以(yi)訪(fang)問(wen)數據變量(liang)過程(cheng)中和內(nei)存硬(ying)件上(shang)模(mo)擬(ni)或執(zhi)行調試。WinCC大(da)大(da)簡(jian)化(hua)了創建(jian)和測試(shi)嵌(qian)入式(shi)應(ying)用程(cheng)序的(de)過程(cheng)。

        為了將應用(yong)程(cheng)序下(xia)載到(dao)閃(shan)存(cun)中，這個(ge)WinCC實用(yong)工(gong)具平(ping)臺(tai)是(shi)必要(yao)的(de)。用C語(yu)言(yan)生(sheng)成的(de)程(cheng)序代(dai)碼(ma)經過處(chu)理後(hou)生(sheng)成十六進制(zhi)形(xing)式(shi)的(de)目標代(dai)碼(ma)。它被(bei)稱(cheng)為(wei)十六進制(zhi)文(wen)件(jian)。為了將這個(ge)十六進制(zhi)代(dai)碼(ma)轉(zhuan)儲(chu)到(dao)控制(zhi)器的(de)閃存(cun)中，該(gai)工具(ju)提(ti)供(gong)了Keil編(bian)譯版本。對於(yu)舊(jiu)版本的(de)編(bian)程(cheng)，同樣的(de)任務(wu)是在名(ming)為FlashMagic的(de)軟件(jian)的(de)幫(bang)助(zhu)下(xia)完成的(de)，在程(cheng)序內(nei)部通(tong)過RS-485總線(xian)技術進行數(shu)據的(de)傳遞(di)，主要(yao)針(zhen)對於(yu)自檢模(mo)塊(kuai)、故(gu)障(zhang)模塊功(gong)能進行加(jia)強(qiang)，如圖(tu)5所示。

 

 

3.1接地(di)故障(zhang)保護

       電力監(jian)控系統(tong)在離(li)線(xian)模式(shi)下(xia)，當電力負(fu)載關閉(bi)時，該(gai)系統(tong)持續(xu)監控電機繞(rao)組(zu)和電(dian)機啟動器互連電纜(lan)的(de)絕緣(yuan)水平(ping)。該(gai)裝(zhuang)置(zhi)具(ju)有(you)可(ke)調範圍(wei)平(ping)衡(heng)電平(ping)，並(bing)具(ju)有輸(shu)出計量(liang)驅動(dong)器(0~1mA)來(lai)驅動(dong)遠程(cheng)儀表或與(yu)ARM控制(zhi)器接口。如果(guo)檢測到(dao)低(di)絕(jue)緣水(shui)平(ping)或離(li)線(xian)接地(di)故障(zhang)，該(gai)裝(zhuang)

 

圖(tu)5系統(tong)主程(cheng)序流程(cheng)示意

 

置(zhi)將鎖定(ding)電機電路。該(gai)系統(tong)還可以(yi)顯示(shi)以(yi)歐姆為單(dan)位的(de)絕緣(yuan)水平(ping)，這有助(zhu)於(yu)預(yu)測性(xing)維(wei)護。

       高壓線(xian)路利用電路(lu)需要(yao)後(hou)備接地(di)故障(zhang)保護的(de)功(gong)能，如(ru)果(guo)中性接地(di)電阻(zu)開路時發(fa)生(sheng)接地(di)故障(zhang)，後備接地(di)故障(zhang)保護將使(shi)電源(yuan)電(dian)路斷電，這種(zhong)保(bao)護在低(di)壓和中壓系統(tong)中越來(lai)越常(chang)見。這種(zhong)類型(xing)的(de)保護是通(tong)過潛(qian)在的(de)繼(ji)電保護來(lai)實現(xian)的(de)。

       高壓線(xian)路也利用電(dian)路需要(yao)中性接地(di)電阻(zu)的(de)過溫(wen)檢測。如(ru)果(guo)持(chi)續(xu)故障(zhang)導致(zhi)接地(di)電阻(zu)發(fa)熱(re)，該(gai)保護的(de)目的(de)是打開(kai)輸(shu)入配電(dian)電(dian)纜(lan)的(de)接地(di)檢查先導電(dian)路(lu)。系統(tong)應在接地(di)電阻(zu)溫(wen)升的(de)50％範圍(wei)內(nei)或150℃下(xia)運(yun)行，以(yi)較小者為準。由(you)於(yu)與(yu)附近(jin)的(de)電力變(bian)壓器相(xiang)比(bi)，故障(zhang)接地(di)電阻(zu)產生(sheng)的(de)熱量(liang)相(xiang)對較低(di)，因(yin)而很(hen)難設計出確保這種(zhong)保(bao)護可靠(kao)運(yun)行的(de)系統(tong)。監控系統(tong)已經接受(shou)了替(ti)代(dai)方(fang)法(fa)，如(ru)過載(zai)電流(liu)互感器，只(zhi)要(yao)替(ti)代(dai)方(fang)法(fa)不(bu)需要(yao)控制(zhi)電源(yuan)運(yun)行，保(bao)障(zhang)了監(jian)控系統(tong)在電(dian)力線(xian)路發(fa)生(sheng)故障(zhang)的(de)條(tiao)件下(xia)也能保(bao)持工作(zuo)性能。

 

3.2功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正和電壓調節

       大(da)多(duo)數煤礦企業(ye)認識(shi)到(dao)電(dian)網(wang)功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正的(de)經濟(ji)效(xiao)益。通過將平(ping)均月電網功(gong)率(lv)因(yin)數保(bao)持在1.0附近(jin)，可(ke)以(yi)顯著(zhu)節(jie)省電力成本。由(you)於(yu)大(da)多(duo)數煤礦電網(wang)的(de)功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正發(fa)生(sheng)在井(jing)外，這當然是放置(zhi)電(dian)容(rong)器的(de)方(fang)便位置(zhi)，但它距離井下(xia)電機負載較遠(yuan)。因(yin)此(ci)，通(tong)過將電容(rong)器定位在盡(jin)可(ke)能靠(kao)近(jin)負(fu)載(zai)的(de)位置(zhi)來(lai)改善(shan)電壓調節控制(zhi)系統(tong)並(bing)沒(mei)有充(chong)分(fen)發(fa)揮出性(xing)能。然而，在大(da)容(rong)量(liang)長壁(bi)開采之前(qian)，這種(zhong)功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正優勢(shi)並(bing)不(bu)那麽(me)重(zhong)要(yao)。在壹(yi)些大(da)容(rong)量(liang)系統(tong)中，需要(yao)在電(dian)機(ji)負載(zai)附近(jin)放(fang)置(zhi)功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正的(de)電容(rong)，以(yi)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)電壓調節並(bing)減(jian)輕(qing)電(dian)機(ji)啟動期(qi)間(jian)電網(wang)電(dian)壓下(xia)降的(de)嚴(yan)重程(cheng)度。

       目前(qian)，煤(mei)礦企業(ye)現在正(zheng)在以(yi)電網(wang)電力控制(zhi)中心為(wei)連續(xu)采礦區安(an)裝(zhuang)電(dian)容器組(zu)。如果(guo)有(you)足(zu)夠的(de)空間(jian)，電(dian)容器通常安裝(zhuang)在電(dian)力中心集(ji)中控制(zhi)平(ping)臺(tai)上(shang)。采用這種(zhong)布置(zhi)，為(wei)每個(ge)電(dian)容器電路提(ti)供(gong)接地(di)故障(zhang)保護。電氣切(qie)換通(tong)常(chang)由技術人(ren)員執(zhi)行真(zhen)空接觸(chu)器和電流或無功(gong)檢測用(yong)於(yu)控制(zhi)開關點。通(tong)常(chang)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)時間(jian)延(yan)遲來(lai)防(fang)止(zhi)過度(du)切(qie)換。電(dian)抗(kang)器應與(yu)開關電容(rong)器串聯(lian)，電(dian)容器應具有工(gong)廠接線(xian)的(de)保險(xian)絲、熔(rong)斷(duan)指(zhi)示(shi)器和泄放電(dian)阻(zu)器。另壹種(zhong)降(jiang)低(di)電(dian)壓降和改善(shan)電壓調節的(de)方(fang)法(fa)是(shi)使(shi)用更(geng)高(gao)的(de)分(fen)配電(dian)壓。過去，7.2kV是煤(mei)礦井下(xia)常見的(de)配電(dian)電壓。然而，在許(xu)多情(qing)況(kuang)下(xia)，這種(zhong)電(dian)壓已經無法(fa)滿(man)足對於(yu)今(jin)天(tian)的(de)大(da)容(rong)量(liang)長壁(bi)工作(zuo)面開采。因(yin)此(ci)，在運(yun)用(yong)電(dian)力監(jian)控系統(tong)時，應(ying)當安裝(zhuang)壹(yi)個(ge)單(dan)獨的(de)13．8kV配電(dian)系統(tong)，專用於(yu)長(chang)壁(bi)開采系統(tong)及其相(xiang)關的(de)井上(shang)電(dian)氣設備。礦井的(de)其余(yu)部(bu)分(fen)仍由(you)7.2kV配(pei)電(dian)系統(tong)供(gong)電(dian)。另(ling)壹(yi)種(zhong)方(fang)案(an)可以(yi)安裝(zhuang)標稱(cheng)電(dian)壓為14.4kV的(de)配電(dian)系統(tong)，目的(de)是在不(bu)超(chao)過15kV絕(jue)緣等(deng)級的(de)情況(kuang)下(xia)獲(huo)得(de)的(de)配電(dian)電壓。只(zhi)有搭載(zai)適應的(de)電網(wang)電壓並(bing)進行功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正，才(cai)能確保電(dian)力監(jian)控系統(tong)發(fa)揮較好(hao)的(de)性能。

 

 

4.1試驗系統(tong)組(zu)成設(she)計(ji)

       試驗系統(tong)構成如(ru)圖(tu)6所示(shi)。在10kV開(kai)閉(bi)所接壹(yi)面KYN28A-12(Z)高壓開關K2，模擬(ni)10kV變(bian)電所(suo)Ⅱ段任壹(yi)饋(kui)出高壓開關K2，在該(gai)開關櫃安(an)裝(zhuang)DMP5101終端(duan)1臺(tai)；再(zai)接4臺(tai)BGP9L(Y)高(gao)壓防(fang)爆開(kai)關K3、K4、K5、K6，模擬(ni)井(jing)下(xia)兩級變電所(suo)的(de)供(gong)電(dian)線(xian)路，每臺(tai)高(gao)壓防(fang)爆開(kai)關內(nei)安裝(zhuang)1臺(tai)礦用保(bao)護器。五(wu)臺(tai)開(kai)關之間(jian)壹(yi)次側(ce)采用高(gao)壓橡套電纜(lan)連接，末端(duan)高壓防(fang)爆開(kai)關負荷側接1根(gen)高(gao)壓橡套電纜(lan)。在K2與(yu)K3之間(jian)設(she)置(zhi)短(duan)路點(dian)D1、在K4與(yu)K5之間(jian)設(she)置(zhi)短(duan)路點(dian)D2、在K6負(fu)荷側電(dian)纜(lan)終端(duan)設置(zhi)短(duan)路點(dian)D3。

4.2電力監(jian)控系統(tong)試驗運(yun)行

       點(dian)擊(ji)系統(tong)圖標進入煤(mei)礦電力監(jian)控軟件，可以(yi)選(xuan)擇查看地(di)面或井(jing)下(xia)配電室(shi)監(jian)控畫面，同時點擊(ji)井下(xia)配電室(shi)系統(tong)中的(de)變電(dian)所界面，查看井下(xia)1號變電所監(jian)控畫面。監控畫面中矩(ju)形(xing)

 

圖6試(shi)驗系統(tong)組(zu)成

 

形(xing)狀圖標代(dai)表(biao)斷路器，上(shang)下(xia)各(ge)配(pei)壹(yi)刀閘(zha)表示(shi)斷路器小車(che)狀態，綜合顯示(shi)高爆櫃(gui)當前(qian)的(de)運(yun)行情(qing)況(kuang)，紅色(se)代(dai)表(biao)合閘(zha)位置(zhi)，綠(lv)色(se)代(dai)表(biao)分(fen)閘(zha)位置(zhi)。系統(tong)另壹(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)功(gong)能是(shi)對歷史(shi)數(shu)據的(de)查詢，歷史(shi)數(shu)據曲線(xian)主要(yao)功(gong)能是(shi)將電流(liu)、電壓等數據以(yi)曲線(xian)的(de)方(fang)式(shi)顯(xian)示，提(ti)供(gong)直(zhi)觀(guan)的(de)數據顯示、對比功(gong)能。

       歷(li)史(shi)報警模(mo)塊對各(ge)類報警信(xin)息(xi)以(yi)時間(jian)為次序(xu)，詳(xiang)細(xi)羅列(lie)了報警的(de)時間(jian)、編(bian)號、類型(xing)、報警內(nei)容及持續時間，方(fang)便操(cao)作(zuo)人(ren)員查詢及處理相(xiang)關信息(xi)。

 

 

5.1概述(shu)

       針(zhen)對用戶變(bian)電站（壹(yi)般為35kV及以(yi)下(xia)電壓等級），通過微機保護裝(zhuang)置(zhi)、開(kai)關櫃綜(zong)合測控裝(zhuang)置(zhi)、電(dian)氣接點(dian)無線(xian)測溫(wen)產品、電(dian)能質(zhi)量(liang)在線(xian)監測裝(zhuang)置(zhi)、配(pei)電(dian)室(shi)環(huan)境(jing)監(jian)控設備、弧光保(bao)護裝(zhuang)置(zhi)等(deng)設(she)備(bei)組(zu)成綜(zong)合自動(dong)化(hua)的(de)綜合監控系統(tong)，實現(xian)了變(bian)電(dian)、配電(dian)、用電的(de)安全運(yun)行和(he)全面管理。監(jian)控範圍(wei)包括(kuo)用戶變電站、開(kai)閉(bi)所、變(bian)電所(suo)及配電室(shi)等(deng)。

       Acrel-2000Z電(dian)力監(jian)控系統(tong)是安(an)科瑞(rui)電(dian)氣股份有限公(gong)司(si)根(gen)據電力系統(tong)自動(dong)化(hua)及無人(ren)值守(shou)的(de)要(yao)求(qiu)，針(zhen)對35kV及以(yi)下(xia)電壓等級研(yan)發(fa)出(chu)的(de)壹套分(fen)層分(fen)布式(shi)變(bian)電站監(jian)控管理系統(tong)。該(gai)系統(tong)是應(ying)用電(dian)力自動(dong)化(hua)技術、計(ji)算(suan)機技術、網(wang)絡技術和(he)信(xin)息(xi)傳輸(shu)技術，集(ji)保(bao)護、監測、控制(zhi)、通信(xin)等(deng)功(gong)能於(yu)壹(yi)體(ti)的(de)開放(fang)式(shi)、網(wang)絡化(hua)、單(dan)元(yuan)化、組(zu)態化的(de)系統(tong)，適用於(yu)35kV及以(yi)下(xia)電壓等級的(de)城(cheng)網、農(nong)網變(bian)電(dian)站和(he)用(yong)戶變(bian)電(dian)站，可(ke)實現(xian)對變電站的(de)控制(zhi)和管理，滿(man)足(zu)變電站無人(ren)或少(shao)人(ren)值守(shou)的(de)需求(qiu)，為(wei)變電(dian)站安(an)全、穩定(ding)、經濟(ji)運(yun)行提(ti)供(gong)了堅(jian)實的(de)保障(zhang)。

 

5.2應用場(chang)所

       適用於(yu)軌(gui)道(dao)交(jiao)通(tong)，工(gong)業(ye)，建(jian)築，學校(xiao)，商(shang)業(ye)綜合體(ti)等(deng)35kV及以(yi)下(xia)用戶端(duan)供(gong)配(pei)電(dian)自動(dong)化(hua)系統(tong)工程(cheng)設計、施工(gong)和(he)運(yun)行維(wei)護。

 

5.3系統(tong)架構(gou)

       Acrel-2000Z電力監(jian)控系統(tong)采用分(fen)層分(fen)布式(shi)設(she)計，可(ke)分(fen)為三層：站控管理層(ceng)、網(wang)絡通(tong)信層和(he)現(xian)場(chang)設備層，組(zu)網方(fang)式(shi)可(ke)為標準網(wang)絡結(jie)構、光纖(xian)星型網(wang)絡結(jie)構、光纖(xian)環(huan)網(wang)網(wang)絡結(jie)構，根(gen)據用戶用(yong)電(dian)規(gui)模、用(yong)電設(she)備分(fen)布和占地(di)面積等多方(fang)面的(de)信息(xi)綜合考慮組(zu)網方(fang)式(shi)。

 

5.4系統(tong)功(gong)能

       （1）實時(shi)監(jian)測：直(zhi)觀(guan)顯(xian)示(shi)配電網(wang)的(de)運(yun)行狀態，實時(shi)監(jian)測各(ge)回(hui)路(lu)電參數信(xin)息(xi)，動態監視(shi)各(ge)配(pei)電(dian)回路有關故障(zhang)、告(gao)警等(deng)信號。

 

 

       （2）電(dian)參量(liang)查詢：在配(pei)電(dian)壹次圖(tu)中，可以(yi)直(zhi)接查看該(gai)回路(lu)詳(xiang)細(xi)電參量(liang)。

 

       （3）曲線(xian)查詢：可以(yi)直(zhi)接查看各(ge)電(dian)參量(liang)曲線(xian)。

 

       （4）運(yun)行報表(biao)：查詢各(ge)回(hui)路(lu)或設(she)備(bei)時間(jian)的(de)運(yun)行參數。

 

       （5）實時(shi)告(gao)警：具(ju)有實時(shi)告(gao)警功(gong)能，系統(tong)能夠(gou)對配電回(hui)路遙(yao)信變(bian)位，保(bao)護動作(zuo)、事故(gu)跳閘(zha)等事(shi)件發(fa)出(chu)告(gao)警。

 

       （6）歷(li)史(shi)事(shi)件查詢：對事件記(ji)錄進行存(cun)儲(chu)和管理，方(fang)便用(yong)戶對系統(tong)事件(jian)和報警進行歷(li)史(shi)追(zhui)溯(su)，查詢統計(ji)、事(shi)故(gu)分(fen)析(xi)。

 

       （7）電能統(tong)計報表(biao)：系統(tong)具備(bei)定時(shi)抄(chao)表(biao)匯(hui)總統計(ji)功(gong)能，用(yong)戶可以(yi)自由(you)查詢自系統(tong)正常(chang)運(yun)行以(yi)來(lai)任意(yi)時間(jian)段內(nei)各(ge)配(pei)電(dian)節點的(de)用電(dian)情況(kuang)。

 

       （8）用戶(hu)權限(xian)管理：設(she)置(zhi)了用(yong)戶(hu)權限(xian)管理功(gong)能，可(ke)以(yi)定義(yi)不(bu)同級別(bie)用戶(hu)的(de)登錄名(ming)、密(mi)碼(ma)及操(cao)作(zuo)權限(xian)。

 

       （9）網絡拓(tuo)撲圖(tu)：支(zhi)持實時(shi)監(jian)視(shi)並(bing)診(zhen)斷各(ge)設(she)備(bei)的(de)通訊狀態，能夠(gou)完整的(de)顯示(shi)整個(ge)系統(tong)網絡結(jie)構。

 

       （10）電能質(zhi)量(liang)監測：可(ke)以(yi)對整個(ge)配(pei)電系統(tong)範圍(wei)內(nei)的(de)電能質(zhi)量(liang)和電(dian)能可(ke)靠(kao)性(xing)狀況(kuang)進行持(chi)續(xu)性的(de)監測。

 

       （11）遙(yao)控功(gong)能：可(ke)以(yi)對整個(ge)配(pei)電系統(tong)範圍(wei)內(nei)的(de)設備(bei)進行遠(yuan)程(cheng)遙(yao)控操(cao)作(zuo)。

 

       （12）故障(zhang)錄波：可(ke)在系統(tong)發(fa)生(sheng)故障(zhang)時，自動(dong)準確地(di)記錄(lu)故障(zhang)前(qian)、後(hou)過程(cheng)的(de)各(ge)種(zhong)電(dian)氣量(liang)的(de)變化(hua)情況(kuang)。

 

       （13）事故(gu)追(zhui)憶(yi)：可(ke)自動(dong)記(ji)錄(lu)事(shi)故時(shi)刻前(qian)後(hou)壹段時(shi)間的(de)所有(you)實時(shi)穩(wen)態信息(xi)。

 

       （14）Web訪(fang)問(wen)：展示(shi)頁面顯示(shi)變電站數(shu)量(liang)、變壓器數量(liang)、監測點(dian)位數(shu)量(liang)等概(gai)況(kuang)信息(xi)，設備(bei)通信(xin)狀態，用電分(fen)析(xi)和事(shi)件(jian)記錄(lu)。

 

       （15）APP訪(fang)問(wen)：設備(bei)數據頁面顯示(shi)各(ge)設(she)備(bei)的(de)電參量(liang)數據以(yi)及曲線(xian)。

 

 

5.5系統(tong)硬(ying)件配置(zhi)

 

       本文(wen)針(zhen)對目前(qian)礦井電(dian)力系統(tong)發(fa)生(sheng)的(de)系列(lie)變化(hua)，設計(ji)了井(jing)下(xia)電力監(jian)測系統(tong)。該(gai)系統(tong)的(de)主要(yao)特點(dian)：對存在塑殼斷(duan)路(lu)器的(de)替(ti)代(dai)產品進行了監(jian)控設計；改進了接地(di)故障(zhang)保護；測試(shi)模(mo)式(shi)、障(zhang)礙和內(nei)置(zhi)測試(shi)電(dian)路的(de)接地(di)保護有變(bian)化；改(gai)善(shan)電(dian)壓調節的(de)負載(zai)附近(jin)功(gong)率(lv)因(yin)數校(xiao)正；增加(jia)可(ke)編(bian)程(cheng)控制(zhi)器在控制(zhi)、監控和診斷應(ying)用(yong)中的(de)使(shi)用。ARM和(he)以(yi)太網技術為(wei)核(he)心的(de)煤礦井下(xia)監控系統(tong)提(ti)供(gong)低(di)功(gong)耗(hao)平(ping)臺(tai)，證明了像ARM7這樣的(de)控制(zhi)器的(de)更(geng)高(gao)級版本可(ke)以(yi)有更(geng)快(kuai)的(de)執行速(su)度(du)和(he)極(ji)低(di)的(de)功(gong)耗(hao)。通(tong)過使(shi)用遠(yuan)程(cheng)操(cao)作(zuo)，該(gai)系統(tong)可以(yi)更(geng)實時(shi)對電力系統(tong)運(yun)行情(qing)況(kuang)進行觀(guan)察(cha)，並(bing)且(qie)在工(gong)程(cheng)現場驗證了該(gai)系統(tong)的(de)安全性、可(ke)靠(kao)性(xing)、穩(wen)定(ding)性。

 

 

[1]王(wang)旭昭，侯(hou)磊，蘇龍(long)．2011—2014年全國煤(mei)礦重特大(da)事(shi)故統計(ji)分(fen)析(xi)與(yu)啟示[J]．中國公(gong)共(gong)安(an)全(學術(shu)版)，2015(2)：26-29．

[2]黃(huang)振(zhen)球．淺談(tan)變(bian)電站自動(dong)化(hua)系統(tong)應用(yong)中若(ruo)幹問(wen)題及處理辦(ban)法(fa)[J]．廣(guang)東(dong)技術，2008(18)：167-168．

[3]賈(jia)菲(fei)，李(li)欣，馬春(chun)光．60kV變(bian)電站無人(ren)值班改(gai)造(zao)方(fang)案(an)的(de)探討(tao)[J]．企業(ye)科技與(yu)發(fa)展(zhan)，2009(22)：137-139．

        [4]劉(liu)國(guo)林(lin)，苗(miao)滿文(wen).煤(mei)礦井下(xia)供(gong)電(dian)過程(cheng)電力監(jian)控系統(tong)應用(yong)研(yan)究(jiu).

        [5]安科(ke)瑞(rui)企業(ye)微電網設(she)計與(yu)應用手冊(ce) 2022.05版.