煤(mei)礦電力監(jian)控(kong)系統設(she)計(ji)與產品(pin)選(xuan)型

摘(zhai)要(yao)：為(wei)了解決原(yuan)有(you)電力監(jian)控(kong)系統存在(zai)的(de)通(tong)信(xin)混(hun)亂(luan)、傳(chuan)感器采(cai)集速(su)度(du)慢(man)、數(shu)據集中(zhong)處理能力較差等問(wen)題(ti)，對煤礦電力監(jian)控(kong)系統進行了(le)設(she)計(ji)，即(ji)對(dui)電力系統地面(mian)主(zhu)站調度(du)監(jian)控(kong)系統、井下電力監(jian)控(kong)分站和礦(kuang)用綜(zong)合(he)保(bao)護測控(kong)裝置進行了(le)設(she)計(ji)，並對(dui)其(qi)運行(xing)原(yuan)理進行了(le)分(fen)析，解決了(le)通信混(hun)亂(luan)、傳(chuan)感器采(cai)集速(su)度(du)慢(man)、數(shu)據集中(zhong)處理能力差等問(wen)題(ti)，為(wei)其他(ta)煤礦電力監(jian)控(kong)系統的(de)設(she)計(ji)提供了壹(yi)定的(de)參考(kao)，也為(wei)煤礦(kuang)電網的(de)穩(wen)定運行(xing)做(zuo)出(chu)了壹(yi)定的(de)貢(gong)獻。

關鍵(jian)詞：電力監(jian)控(kong)；傳(chuan)感器；綜(zong)合(he)保(bao)護；監控(kong)分站

0引言

中(zhong)國煤(mei)炭資源儲(chu)量(liang)豐(feng)富(fu)。伴隨著煤(mei)炭(tan)資(zi)源的(de)大量(liang)開(kai)采，開(kai)采煤(mei)炭資(zi)源所(suo)需要(yao)的(de)能源也(ye)在(zai)逐(zhu)步增加。電力資(zi)源是(shi)維持(chi)煤礦生(sheng)產的(de)重要(yao)資(zi)源，供電性能直接影響(xiang)著煤(mei)礦(kuang)的(de)正(zheng)常(chang)生(sheng)產。由於(yu)煤礦(kuang)電路(lu)負(fu)載不穩(wen)定、井下環境(jing)惡劣等問(wen)題(ti)，煤礦電力系統極易發(fa)生(sheng)故障(zhang)且故障(zhang)檢修(xiu)十(shi)分(fen)復(fu)雜，這(zhe)均(jun)使得煤礦(kuang)電網面(mian)臨(lin)較大的(de)挑(tiao)戰(zhan)。據統計(ji)，中(zhong)國煤(mei)礦電力系統主(zhu)要故障(zhang)可分為(wei)相(xiang)間斷路(lu)、單相(xiang)接地、斷線等。為(wei)了保(bao)證(zheng)煤礦(kuang)電網運(yun)行安全，供電管(guan)理部門(men)需對(dui)煤(mei)礦供電人(ren)員進行培訓，同時對(dui)井下自動化提出(chu)更高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)[1-2]。目(mu)前(qian)，中(zhong)國大部分煤(mei)礦均(jun)逐步完善了(le)自動化系統，煤礦(kuang)電網的(de)運(yun)行(xing)穩(wen)定性得到(dao)了(le)壹(yi)定幅(fu)度(du)的(de)提(ti)升(sheng)。但(dan)部分煤(mei)礦電力監(jian)控(kong)系統存在(zai)通(tong)信(xin)混(hun)亂(luan)、傳(chuan)感器采(cai)集速(su)度(du)慢(man)、數(shu)據集中(zhong)處理能力較差等問(wen)題(ti)，所(suo)以(yi)提升電力監(jian)控(kong)系統的(de)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)和穩(wen)定性是(shi)煤礦(kuang)供電的(de)重要(yao)研(yan)究課(ke)題(ti)。此(ci)前(qian)較多學者對(dui)此(ci)進行了(le)壹(yi)定的(de)分(fen)析(xi)和(he)研(yan)究[3-4]，本(ben)文(wen)在(zai)前(qian)人(ren)的(de)理論基(ji)礎(chu)上，設(she)計(ji)了新型電力監(jian)控(kong)系統，為(wei)煤礦(kuang)穩(wen)定供電做出(chu)壹(yi)定的(de)貢(gong)獻。

1.電力監(jian)控(kong)系統簡介(jie)

電網為(wei)煤礦(kuang)安(an)全生(sheng)產提(ti)供了動力，不(bu)同(tong)於(yu)其他(ta)工業(ye)生(sheng)產，需要(yao)在(zai)煤(mei)礦(kuang)電力系統各(ge)個(ge)環節(jie)提(ti)升(sheng)安(an)全系數(shu)，在(zai)進行電力監(jian)控(kong)系統設(she)計(ji)時，保證(zheng)監控(kong)系統能夠有(you)效地(di)對煤礦電網進行監(jian)測(ce)。壹(yi)般煤礦電力監(jian)控(kong)系統主(zhu)要由3個(ge)部分組(zu)成(cheng)，分(fen)別(bie)為(wei)地面(mian)主(zhu)站調度(du)監(jian)控(kong)系統、井下電力監(jian)控(kong)分站、礦用綜(zong)合(he)保(bao)護測控(kong)裝置。每(mei)個(ge)變(bian)電站的(de)保(bao)護裝置與(yu)監(jian)控系統相(xiang)連(lian)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)整(zheng)體(ti)總線(xian)網，同(tong)時各(ge)監(jian)控測站通過光(guang)纖與(yu)地(di)面的(de)監(jian)控(kong)調度(du)系統連(lian)接，形(xing)成(cheng)光(guang)纖以(yi)太網。

設(she)計(ji)的(de)電力監(jian)控(kong)系統需要(yao)滿(man)足電網正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)的(de)數(shu)據匯總(zong)需求(qiu)，包(bao)括無(wu)功功率(lv)、電壓(ya)、電流、有(you)功功(gong)率(lv)、功率(lv)因(yin)數(shu)等，並且(qie)能夠準確判斷負載(zai)的(de)用電計(ji)量(liang)。電力監(jian)控(kong)系統需要(yao)對(dui)變(bian)電所(suo)的(de)運(yun)行(xing)參數(shu)進行監(jian)測(ce)，並將(jiang)監(jian)測數(shu)據顯(xian)示(shi)於(yu)控制(zhi)屏幕(mu)，同時對(dui)系統過載(zai)、漏電、斷相(xiang)、短(duan)路(lu)等進行緊(jin)急(ji)處理，避免(mian)出(chu)現因(yin)故障(zhang)而(er)損壞(huai)的(de)情(qing)況。

2.電力監(jian)控(kong)系統設(she)計(ji)

2.1地面(mian)主(zhu)站調度(du)監(jian)控(kong)系統設(she)計(ji)

地面(mian)主(zhu)站調度(du)監(jian)控(kong)系統主(zhu)要由數(shu)據服務(wu)器、通(tong)信櫃(gui)、網絡(luo)設(she)備等組成(cheng)。數(shu)據服務(wu)器對(dui)系統的(de)運(yun)行(xing)數(shu)據進行儲(chu)存(cun)，便(bian)於(yu)後期查看；通信服務(wu)器將(jiang)變(bian)電所(suo)管(guan)理站與數(shu)據服務(wu)器間的(de)數(shu)據進行互(hu)換，達到(dao)數(shu)據信息(xi)傳(chuan)遞(di)的(de)目(mu)的(de)。在(zai)地(di)面(mian)電力監(jian)控(kong)調度(du)中(zhong)心(xin)配置電力集(ji)控(kong)軟(ruan)件，監(jian)控主(zhu)機運(yun)行過程中(zhong)，備用機(ji)與監(jian)控主(zhu)機進行數(shu)據交換，當監控(kong)主(zhu)機發(fa)生(sheng)異常(chang)時(shi)，備用機(ji)及時(shi)代(dai)替監(jian)控主(zhu)機，進行冗(rong)余設(she)置。

2.2井下電力監(jian)控(kong)分站設(she)計(ji)

電力監(jian)控(kong)分站是(shi)井下電網控(kong)制的(de)第壹(yi)關，是(shi)電力監(jian)控(kong)系統的(de)基(ji)礎(chu)部分。本(ben)文設(she)計(ji)的(de)電力監(jian)控(kong)分站采用KJ519-F型礦(kuang)用隔爆兼本安(an)型監(jian)控站，其可(ke)以(yi)實時管(guan)理高爆(bao)開(kai)關，監(jian)控電網運(yun)行狀態(tai)。電力監(jian)控(kong)分站內部有(you)電源模(mo)塊、以(yi)太網交(jiao)換機、後備電源等。電力監(jian)控(kong)分站的(de)工(gong)作電壓(ya)為(wei)AC127V，內部配有(you)2組NI-MHD8500mA12V備用電源，共有(you)4路(lu)通(tong)信線路(lu)，通(tong)信傳(chuan)輸(shu)方式(shi)有(you)RS485、半雙(shuang)工、主(zhu)從(cong)3種(zhong)，*大傳(chuan)輸(shu)距(ju)離為(wei)1km，傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)為(wei)9600bit/s。分站內部控制(zhi)箱是(shi)分站的(de)核(he)心(xin)，控制(zhi)箱內部有(you)繼電器、PLC（ProgrammableLogicController，可(ke)編程邏(luo)輯(ji)控制器）、電源、接觸(chu)器等，其主(zhu)要實(shi)現電壓(ya)和(he)電流數(shu)據的(de)采(cai)集(ji)。同(tong)時(shi)，控(kong)制(zhi)箱內部有(you)PLC，設(she)備能夠實現控(kong)制(zhi)輸(shu)出(chu)，控制(zhi)箱能夠實時(shi)顯(xian)示(shi)系統內部監測(ce)數(shu)據，較好地實現人(ren)機互(hu)換。

2.3礦用綜(zong)合(he)保(bao)護測控(kong)裝置設(she)計(ji)

對礦(kuang)用綜(zong)合(he)保(bao)護測控(kong)裝置進行設(she)計(ji)，首(shou)先(xian)需要(yao)對(dui)微機監控保(bao)護裝置進行設(she)計(ji)。微機監控保(bao)護裝置選(xuan)用GWZB-10型微機保護裝置，其(qi)主(zhu)要用於(yu)額定電壓(ya)3300V和(he)頻(pin)率(lv)50Hz的(de)電網環境(jing)。微機保護裝置核(he)心(xin)為(wei)32位單片(pian)機(ji)，高(gao)精(jing)度(du)的(de)微型互(hu)感器及(ji)工業(ye)級(ji)的(de)外(wai)圍芯片(pian)是(shi)保護裝置的(de)輔(fu)助部分，其(qi)具有(you)較高的(de)靈(ling)敏(min)度(du)和(he)可(ke)靠(kao)性，內部同時(shi)匹配(pei)多種(zhong)抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi)，避(bi)免(mian)信息(xi)傳(chuan)輸(shu)過程中(zhong)的(de)外(wai)部幹(gan)擾(rao)。保(bao)護裝置具(ju)備自我(wo)檢測(ce)功能和(he)硬(ying)件閉(bi)鎖(suo)保(bao)護功能，通(tong)過不(bu)斷地進行自我(wo)檢測(ce)，從(cong)而(er)保證(zheng)設(she)備正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)，提(ti)升監控系統的(de)穩(wen)定性。

微機保護裝置內(nei)部設(she)計(ji)有(you)隔爆遙控器，使(shi)用者可(ke)以(yi)通過遙(yao)控器進行遠(yuan)程系統操作，很大地提升了(le)操(cao)作系統的(de)效(xiao)率(lv)。同時(shi)由於(yu)利用遙(yao)控器控(kong)制，可(ke)舍棄設(she)備上的(de)按(an)鍵(jian)，省(sheng)去礦(kuang)井設(she)備的(de)復(fu)雜按(an)鍵(jian)改造，提高(gao)系統改造效率(lv)。另(ling)外(wai)，保護裝置內(nei)部通過設(she)定控制(zhi)值進行控(kong)制(zhi)，控制值可(ke)以(yi)查詢(xun)和(he)修(xiu)改(gai)。保(bao)護裝置定時對(dui)自身運行(xing)狀態(tai)進行檢查，當發(fa)現設(she)備存(cun)在(zai)故障(zhang)時，能夠定位故障(zhang)芯片(pian)。保(bao)護裝置配(pei)備有(you)RS-485/RS-232標準(zhun)通信接口，能夠較好地匹配(pei)電力監(jian)控(kong)系統的(de)接口。

煤礦(kuang)電網線(xian)路(lu)較短，阻(zu)抗較小，在(zai)發(fa)生(sheng)短路(lu)事故時產(chan)生(sheng)的(de)電流很大，為(wei)了保(bao)證(zheng)供電系統穩(wen)定運行(xing)，設(she)計(ji)了防越級(ji)跳(tiao)閘保(bao)護系統。防越級(ji)跳(tiao)閘保(bao)護系統采用光(guang)纖閉(bi)鎖(suo)信(xin)號(hao)，對系統線路(lu)段(duan)進行電流閉鎖(suo)保(bao)護。防越級(ji)跳(tiao)閘系統主(zhu)要包(bao)括智(zhi)能光(guang)纖控(kong)制(zhi)服務(wu)器SU20、礦(kuang)用智(zhi)能光(guang)纖保(bao)護PA61和PA63。PA63防越級(ji)跳(tiao)閘微機保護集控(kong)制、通(tong)信、測量(liang)、防越級(ji)等多種(zhong)功(gong)能於(yu)壹(yi)體(ti)；智能光(guang)纖控(kong)制(zhi)服務(wu)器SU20主(zhu)要用於(yu)收集(ji)閉鎖(suo)信(xin)號(hao)，收集(ji)信號(hao)後對信號(hao)進行統壹(yi)匯(hui)總(zong)，後轉(zhuan)發(fa)至(zhi)上級(ji)電路(lu)。

3.安科瑞(rui)Acrel-2000Z電力監(jian)控(kong)系統解決方案(an)

3.1概述

針(zhen)對用戶(hu)變(bian)電站（壹(yi)般為(wei)35kV及以(yi)下電壓(ya)等級(ji)），通過微機保護裝置、開(kai)關櫃(gui)綜合(he)測(ce)控(kong)裝置、電氣(qi)接點無(wu)線測溫(wen)產(chan)品(pin)、電能質(zhi)量(liang)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)裝(zhuang)置、配(pei)電室環境(jing)監控(kong)設(she)備、弧光保(bao)護裝置等設(she)備組(zu)成(cheng)綜(zong)合(he)自動化的(de)綜(zong)合(he)監(jian)控(kong)系統，實現了(le)變(bian)電、配電、用電的(de)安(an)全運行(xing)和全面管(guan)理。監控(kong)範(fan)圍包括用戶(hu)變(bian)電站、開(kai)閉所(suo)、變(bian)電所(suo)及配(pei)電室等。

Acrel-2000Z電力監(jian)控(kong)系統是(shi)安科瑞(rui)電氣(qi)股份有(you)限(xian)公(gong)司根據電力系統自動化及無(wu)人(ren)值守(shou)的(de)要(yao)求(qiu)，針(zhen)對35kV及(ji)以(yi)下電壓(ya)等級(ji)研(yan)發(fa)出(chu)的(de)壹(yi)套(tao)分(fen)層分布(bu)式(shi)變(bian)電站監控(kong)管(guan)理系統。該系統是(shi)應用電力自動化技術、計(ji)算(suan)機技(ji)術、網絡(luo)技(ji)術和信(xin)息(xi)傳(chuan)輸(shu)技(ji)術，集保(bao)護、監測(ce)、控制(zhi)、通信等功能於(yu)壹(yi)體(ti)的(de)開(kai)放式(shi)、網絡(luo)化、單元(yuan)化、組態(tai)化的(de)系統，適用於(yu)35kV及以(yi)下電壓(ya)等級(ji)的(de)城(cheng)網、農網變(bian)電站和用戶(hu)變(bian)電站，可實(shi)現對(dui)變(bian)電站的(de)控(kong)制(zhi)和(he)管(guan)理，滿足(zu)變(bian)電站無(wu)人(ren)或少(shao)人(ren)值守(shou)的(de)需求(qiu)，為(wei)變(bian)電站安全、穩(wen)定、經濟運行(xing)提供了堅(jian)實(shi)的(de)保(bao)障(zhang)。

3.2應用場(chang)所(suo)

適用於(yu)軌道交(jiao)通，工(gong)業(ye)，建築(zhu)，學校，商(shang)業(ye)綜合(he)體(ti)等35kV及以(yi)下用戶(hu)端(duan)供配電自動化系統工程設(she)計(ji)、施(shi)工(gong)和(he)運行維(wei)護。

3.3系統架構

Acrel-2000Z電力監(jian)控(kong)系統采用分(fen)層分布(bu)式(shi)設(she)計(ji)，可分為(wei)三層：站控管(guan)理層、網絡(luo)通(tong)信層和現場(chang)設(she)備層，組網方式(shi)可(ke)為(wei)標準(zhun)網絡(luo)結(jie)構、光(guang)纖星(xing)型網絡(luo)結(jie)構、光(guang)纖環網網絡(luo)結(jie)構，根據用戶(hu)用電規模(mo)、用電設(she)分(fen)布(bu)和占(zhan)地面積(ji)等多方面(mian)的(de)信(xin)息(xi)綜(zong)合(he)考(kao)慮組網方式(shi)。

3.4系統功能

（1）實時(shi)監測：直觀(guan)顯(xian)示(shi)配電網的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)各(ge)回(hui)路(lu)電參數(shu)信(xin)息(xi)，動態(tai)監(jian)視(shi)各(ge)配(pei)電回(hui)路(lu)有(you)關故障(zhang)、告警等信號(hao)。

（2）電參量(liang)查詢(xun)：在(zai)配(pei)電壹(yi)次(ci)圖(tu)中(zhong)，可以(yi)直接查看該回(hui)路(lu)詳細電參量(liang)。

（3）曲線(xian)查詢(xun)：可(ke)以(yi)直接查看各(ge)電參量(liang)曲線(xian)。

（4）運行(xing)報表：查詢(xun)各(ge)回(hui)路(lu)或(huo)時間的(de)運(yun)行(xing)參數(shu)。

（5）實時(shi)告警：具有(you)實時(shi)告警功能，系統能夠對配(pei)電回(hui)路(lu)遙(yao)信變(bian)位，保(bao)護動作、事故跳(tiao)閘等事件發(fa)出(chu)告警。

（6）歷史(shi)事件查詢(xun)：對(dui)事件記(ji)錄進行存(cun)儲(chu)和(he)管(guan)理，方便(bian)用戶(hu)對(dui)系統事件和(he)報警進行歷史(shi)追溯(su)，查詢(xun)統計(ji)、事故分析(xi)。

（7）電能統計(ji)報表：系統具備定時抄表匯(hui)總統計(ji)功能，用戶(hu)可(ke)以(yi)自由查詢(xun)自系統正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)以(yi)來任(ren)意時(shi)間段內各(ge)配(pei)電節點的(de)用電情況。

（8）用戶(hu)權(quan)限(xian)管(guan)理：設(she)置了(le)用戶(hu)權(quan)限(xian)管(guan)理功能，可(ke)以(yi)定義不(bu)同(tong)級(ji)別(bie)用戶(hu)的(de)登(deng)錄名、密(mi)碼及操(cao)作權(quan)限(xian)。

（9）網絡(luo)拓撲圖：支持(chi)實(shi)時(shi)監(jian)視並診(zhen)斷各(ge)設(she)備的(de)通(tong)訊(xun)狀態(tai)，能夠完整(zheng)的(de)顯(xian)示(shi)整個(ge)系統網絡(luo)結(jie)構。

（10）電能質(zhi)量(liang)監測(ce)：可(ke)以(yi)對整個(ge)配電系統範圍(wei)內的(de)電能質(zhi)量(liang)和電能可(ke)靠(kao)性狀況進行持(chi)續性的(de)監(jian)測(ce)。

（11）遙控(kong)功能：可(ke)以(yi)對整個(ge)配電系統範圍(wei)內的(de)設(she)備進行遠(yuan)程遙(yao)控(kong)操(cao)作。

（12）故障(zhang)錄波(bo)：可在(zai)系統發(fa)生(sheng)故障(zhang)時，自動準(zhun)確地記(ji)錄故障(zhang)前(qian)、後過程的(de)各(ge)種(zhong)電氣(qi)量(liang)的(de)變(bian)化情況。

（13）事故追憶(yi)：可(ke)自動記(ji)錄事故時刻(ke)前(qian)後壹(yi)段(duan)時(shi)間的(de)所(suo)有(you)實時(shi)穩(wen)態信(xin)息(xi)。

（14）Web訪問(wen)：展(zhan)示頁(ye)面(mian)顯(xian)示(shi)變(bian)電站數(shu)量(liang)、變(bian)壓(ya)器數(shu)量(liang)、監測(ce)點(dian)位(wei)數(shu)量(liang)等概況信息(xi)，設(she)備通(tong)信(xin)狀態(tai)，用電分析和事件記(ji)錄。

（15）APP訪問(wen)：設(she)備數(shu)據頁(ye)面(mian)顯(xian)示(shi)各(ge)設(she)備的(de)電參量(liang)數(shu)據以(yi)及曲線。

3.5系統硬件配(pei)置

4.結(jie)語

基於(yu)前(qian)人(ren)研(yan)究，設(she)計(ji)了煤礦(kuang)電力監(jian)控(kong)系統。根據煤礦(kuang)的(de)實(shi)際(ji)供電需求(qiu)及(ji)電網工(gong)作性能分(fen)析(xi)，對電力監(jian)控(kong)系統的(de)地(di)面(mian)主(zhu)站調度(du)監(jian)控(kong)系統、井下電力監(jian)控(kong)分站和礦(kuang)用綜(zong)合(he)保(bao)護測控(kong)裝置進行了(le)設(she)計(ji)，並對(dui)這(zhe)三大模(mo)塊的(de)運(yun)行(xing)流程及(ji)運(yun)行(xing)原(yuan)理進行了(le)深(shen)入(ru)分(fen)析(xi)，可以(yi)為(wei)煤礦(kuang)電網的(de)安(an)全運行(xing)提供壹(yi)定的(de)參考(kao)與借(jie)鑒(jian)。