礦產井(jing)下(xia)電力(li)監控(kong)系統的應用(yong)與(yu)產(chan)品(pin)選型(xing)

摘(zhai)要：為了解(jie)決(jue)原有(you)電力(li)監控(kong)系統存(cun)在(zai)的通(tong)信(xin)混(hun)亂(luan)、傳感(gan)器(qi)采集速度慢(man)、數(shu)據(ju)集中處(chu)理(li)能力較差(cha)等問(wen)題，對(dui)煤(mei)礦電力(li)監控(kong)系統進(jin)行(xing)了設(she)計，即對(dui)電(dian)力系統地面主(zhu)站(zhan)調(tiao)度監控(kong)系統、井(jing)下(xia)電力(li)監控(kong)分(fen)站(zhan)和礦用(yong)綜合保護(hu)測(ce)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)了設(she)計，並對(dui)其(qi)運行(xing)原理(li)進(jin)行(xing)了分(fen)析(xi)，解(jie)決(jue)了(le)通(tong)信(xin)混(hun)亂(luan)、傳感(gan)器(qi)采集速度慢(man)、數(shu)據(ju)集中處(chu)理(li)能力差(cha)等問(wen)題，為其他(ta)煤礦電力(li)監控(kong)系統的設(she)計提(ti)供了壹定(ding)的參考(kao)，也(ye)為煤礦電網的穩定(ding)運(yun)行(xing)做出了(le)壹定(ding)的貢獻(xian)。

關(guan)鍵詞：電力(li)監控(kong)；傳感(gan)器(qi)；綜合(he)保護(hu)；監控(kong)分(fen)站(zhan)

0引(yin)言

中(zhong)國煤(mei)炭資源(yuan)儲(chu)量(liang)豐富。伴隨(sui)著煤(mei)炭資源(yuan)的大量(liang)開采，開采煤炭資源(yuan)所(suo)需要的能源(yuan)也(ye)在(zai)逐步增(zeng)加(jia)。電(dian)力(li)資源(yuan)是維(wei)持煤(mei)礦生產(chan)的重要(yao)資源(yuan)，供電性(xing)能直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)著煤(mei)礦的正常(chang)生產(chan)。由於煤礦電路負(fu)載(zai)不(bu)穩定(ding)、井(jing)下(xia)環境(jing)惡(e)劣(lie)等(deng)問(wen)題，煤(mei)礦電力(li)系統極易(yi)發(fa)生故(gu)障(zhang)且(qie)故障(zhang)檢修(xiu)十(shi)分(fen)復(fu)雜(za)，這均使(shi)得(de)煤礦電網面臨(lin)較大(da)的挑(tiao)戰。據統(tong)計，中國(guo)煤(mei)礦電力(li)系統主(zhu)要故(gu)障(zhang)可分(fen)為相(xiang)間斷(duan)路、單(dan)相(xiang)接(jie)地(di)、斷線等。為了保證(zheng)煤礦電網運行(xing)安全，供電管(guan)理(li)部門需對(dui)煤(mei)礦供電人(ren)員(yuan)進(jin)行(xing)培訓(xun)，同(tong)時(shi)對(dui)井(jing)下(xia)自(zi)動(dong)化提(ti)出更(geng)高(gao)的要求(qiu)[1-2]。目前，中國(guo)大(da)部分(fen)煤(mei)礦均逐步完善了(le)自(zi)動(dong)化系統，煤礦電網的運行(xing)穩定(ding)性(xing)得(de)到了壹定(ding)幅(fu)度的提(ti)升。但部分(fen)煤(mei)礦電力(li)監控(kong)系統存(cun)在(zai)通(tong)信(xin)混(hun)亂(luan)、傳感(gan)器(qi)采集速度慢(man)、數(shu)據(ju)集中處(chu)理(li)能力較差(cha)等問(wen)題，所(suo)以(yi)提(ti)升電(dian)力監控(kong)系統的運行(xing)效率(lv)和穩定(ding)性(xing)是煤(mei)礦供電的重要(yao)研究課(ke)題。此(ci)前較多學(xue)者對(dui)此(ci)進(jin)行(xing)了壹定(ding)的分析(xi)和研究(jiu)[3-4]，本文(wen)在(zai)前人(ren)的理論(lun)基礎(chu)上(shang)，設(she)計了新(xin)型(xing)電(dian)力監控(kong)系統，為煤礦穩定(ding)供電做出壹定(ding)的貢獻(xian)。

1.電(dian)力監控(kong)系統簡介

電(dian)網為煤礦安全生(sheng)產提(ti)供了動(dong)力(li)，不同於(yu)其他(ta)工業(ye)生產，需(xu)要(yao)在(zai)煤礦電力(li)系統各(ge)個(ge)環(huan)節提(ti)升安(an)全系數，在(zai)進(jin)行(xing)電力(li)監控(kong)系統設(she)計時(shi)，保證(zheng)監控(kong)系統能夠(gou)有(you)效地(di)對(dui)煤(mei)礦電網進(jin)行(xing)監測(ce)。壹般(ban)煤礦電力(li)監控(kong)系統主(zhu)要由(you)3個(ge)部分(fen)組成，分(fen)別(bie)為地面(mian)主(zhu)站(zhan)調(tiao)度監控(kong)系統、井(jing)下(xia)電力(li)監控(kong)分(fen)站(zhan)、礦用(yong)綜合保護(hu)測(ce)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)。每個變(bian)電站(zhan)的保護(hu)裝置(zhi)與(yu)監控(kong)系統相(xiang)連(lian)，從(cong)而(er)形成整體總線網，同時(shi)各(ge)監控(kong)測(ce)站(zhan)通(tong)過光纖與(yu)地(di)面(mian)的監控(kong)調(tiao)度系統連(lian)接(jie)，形成光纖以太(tai)網。

設(she)計的電力(li)監控(kong)系統需要滿足電網正常(chang)運行(xing)的數據(ju)匯總需求，包(bao)括無功功(gong)率(lv)、電壓、電(dian)流、有(you)功功(gong)率、功(gong)率因數等(deng)，並且(qie)能夠(gou)準(zhun)確(que)判斷負載(zai)的用(yong)電計量(liang)。電力(li)監控(kong)系統需要對(dui)變(bian)電所的運行(xing)參數(shu)進(jin)行(xing)監測(ce)，並將監測(ce)數據(ju)顯(xian)示(shi)於(yu)控(kong)制(zhi)屏(ping)幕(mu)，同(tong)時(shi)對(dui)系統過載、漏(lou)電(dian)、斷(duan)相(xiang)、短路等(deng)進(jin)行(xing)緊急(ji)處(chu)理(li)，避(bi)免出(chu)現(xian)因(yin)故障而(er)損(sun)壞的情況(kuang)。

2.電(dian)力監控(kong)系統設(she)計

2.1地(di)面主(zhu)站(zhan)調(tiao)度監控(kong)系統設(she)計

地(di)面主(zhu)站(zhan)調(tiao)度監控(kong)系統主(zhu)要由(you)數(shu)據服務器(qi)、通(tong)信(xin)櫃、網絡設(she)備等組成。數(shu)據服務器(qi)對(dui)系統的運行(xing)數據(ju)進(jin)行(xing)儲存(cun)，便(bian)於後期(qi)查(zha)看(kan)；通(tong)信(xin)服務器(qi)將變(bian)電所管(guan)理(li)站(zhan)與(yu)數(shu)據(ju)服務器(qi)間的數據(ju)進(jin)行(xing)互(hu)換，達到數據(ju)信(xin)息(xi)傳遞(di)的目的。在(zai)地面(mian)電力(li)監控(kong)調(tiao)度中(zhong)心(xin)配置(zhi)電力(li)集控(kong)軟件(jian)，監控(kong)主(zhu)機運(yun)行(xing)過程(cheng)中，備用(yong)機與(yu)監控(kong)主(zhu)機進(jin)行(xing)數據(ju)交(jiao)換，當(dang)監控(kong)主(zhu)機發(fa)生異常(chang)時(shi)，備用(yong)機及(ji)時(shi)代(dai)替監控(kong)主(zhu)機，進(jin)行(xing)冗(rong)余設(she)置(zhi)。

2.2井(jing)下(xia)電力(li)監控(kong)分(fen)站(zhan)設(she)計

電(dian)力監控(kong)分(fen)站(zhan)是井(jing)下(xia)電網控(kong)制(zhi)的第壹關(guan)，是電(dian)力監控(kong)系統的基礎(chu)部分(fen)。本文(wen)設(she)計的電力(li)監控(kong)分(fen)站(zhan)采用(yong)KJ519-F型礦用(yong)隔爆(bao)兼(jian)本安型(xing)監控(kong)站(zhan)，其可(ke)以(yi)實(shi)時(shi)管(guan)理(li)高(gao)爆(bao)開(kai)關，監控(kong)電(dian)網運行(xing)狀態(tai)。電力監控(kong)分(fen)站(zhan)內(nei)部有(you)電源(yuan)模(mo)塊、以太(tai)網交(jiao)換機、後備電源(yuan)等(deng)。電力監控(kong)分(fen)站(zhan)的工作電壓為AC127V，內(nei)部配有(you)2組NI-MHD8500mA12V備用(yong)電源(yuan)，共(gong)有(you)4路通(tong)信(xin)線路，通(tong)信(xin)傳輸(shu)方(fang)式有(you)RS485、半(ban)雙(shuang)工、主(zhu)從(cong)3種(zhong)，*大傳輸(shu)距離為1km，傳輸(shu)速(su)度為9600bit/s。分站(zhan)內(nei)部控(kong)制(zhi)箱是分(fen)站(zhan)的核心(xin)，控(kong)制(zhi)箱內(nei)部有(you)繼電(dian)器、PLC（ProgrammableLogicController，可(ke)編程(cheng)邏輯控(kong)制(zhi)器(qi)）、電(dian)源(yuan)、接(jie)觸(chu)器(qi)等(deng)，其主(zhu)要實(shi)現(xian)電壓和電流(liu)數(shu)據的采集。同時(shi)，控(kong)制(zhi)箱內(nei)部有(you)PLC，設(she)備能夠(gou)實現(xian)控(kong)制(zhi)輸(shu)出(chu)，控(kong)制(zhi)箱能夠(gou)實時(shi)顯(xian)示(shi)系統內(nei)部監測(ce)數據(ju)，較好(hao)地(di)實現(xian)人機互(hu)換。

2.3礦用(yong)綜合保護(hu)測(ce)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)設(she)計

對(dui)礦用(yong)綜合保護(hu)測(ce)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)設(she)計，首(shou)先(xian)需(xu)要對(dui)微(wei)機監控(kong)保護(hu)裝置(zhi)進(jin)行(xing)設(she)計。微(wei)機監控(kong)保護(hu)裝置(zhi)選用(yong)GWZB-10型微(wei)機保護(hu)裝置(zhi)，其主(zhu)要用(yong)於額(e)定(ding)電壓3300V和頻(pin)率(lv)50Hz的電網環境(jing)。微(wei)機保護(hu)裝置(zhi)核心(xin)為32位單(dan)片機，高(gao)精(jing)度的微(wei)型互(hu)感(gan)器(qi)及(ji)工(gong)業(ye)級(ji)的外圍芯(xin)片是保護(hu)裝置(zhi)的輔(fu)助部分(fen)，其(qi)具有(you)較高(gao)的靈敏(min)度和可靠(kao)性，內(nei)部同(tong)時(shi)匹(pi)配多種(zhong)抗幹(gan)擾措(cuo)施，避(bi)免信(xin)息(xi)傳輸(shu)過(guo)程(cheng)中的外部幹(gan)擾。保護(hu)裝置(zhi)具備自(zi)我(wo)檢測(ce)功能和硬件(jian)閉(bi)鎖保護(hu)功能，通(tong)過不(bu)斷地(di)進(jin)行(xing)自(zi)我(wo)檢測(ce)，從(cong)而(er)保證(zheng)設(she)備正常(chang)運行(xing)，提(ti)升監控(kong)系統的穩定(ding)性(xing)。

微(wei)機保護(hu)裝置(zhi)內(nei)部設(she)計有(you)隔爆(bao)遙(yao)控(kong)器(qi)，使(shi)用(yong)者可以通(tong)過遙(yao)控(kong)器(qi)進(jin)行(xing)遠(yuan)程(cheng)系統操(cao)作，很大地(di)提(ti)升了(le)操(cao)作系統的效率(lv)。同時(shi)由(you)於(yu)利(li)用(yong)遙控(kong)器(qi)控(kong)制(zhi)，可(ke)舍(she)棄(qi)設(she)備上的按鍵，省(sheng)去礦井(jing)設(she)備的復雜(za)按鍵改造(zao)，提(ti)高系統改造(zao)效率。另外，保護(hu)裝置(zhi)內(nei)部通(tong)過設(she)定(ding)控(kong)制(zhi)值(zhi)進(jin)行(xing)控(kong)制(zhi)，控(kong)制(zhi)值(zhi)可(ke)以查(zha)詢(xun)和修(xiu)改。保護(hu)裝置(zhi)定時(shi)對(dui)自(zi)身運行(xing)狀態(tai)進(jin)行(xing)檢查(zha)，當(dang)發(fa)現設(she)備存(cun)在(zai)故障(zhang)時(shi)，能夠(gou)定位(wei)故障(zhang)芯(xin)片。保護(hu)裝置(zhi)配備有(you)RS-485/RS-232標(biao)準(zhun)通(tong)信(xin)接(jie)口，能夠(gou)較好(hao)地(di)匹配電力監控(kong)系統的接(jie)口。

煤(mei)礦電網線路較短(duan)，阻(zu)抗較小，在(zai)發(fa)生短(duan)路事(shi)故(gu)時(shi)產(chan)生(sheng)的電流(liu)很大，為了保證(zheng)供電系統穩定(ding)運(yun)行(xing)，設(she)計了防(fang)越(yue)級(ji)跳(tiao)閘(zha)保護(hu)系統。防(fang)越(yue)級(ji)跳(tiao)閘(zha)保護(hu)系統采用(yong)光纖閉(bi)鎖信(xin)號(hao)，對(dui)系統線路段進(jin)行(xing)電流(liu)閉(bi)鎖保護(hu)。防(fang)越(yue)級(ji)跳(tiao)閘(zha)系統主(zhu)要包(bao)括智(zhi)能光纖控(kong)制(zhi)服務器(qi)SU20、礦用(yong)智能光纖保護(hu)PA61和PA63。PA63防(fang)越(yue)級(ji)跳(tiao)閘(zha)微(wei)機保護(hu)集控(kong)制(zhi)、通(tong)信(xin)、測(ce)量(liang)、防(fang)越(yue)級(ji)等(deng)多種(zhong)功能於壹體(ti)；智(zhi)能光纖控(kong)制(zhi)服務器(qi)SU20主(zhu)要用(yong)於收(shou)集閉(bi)鎖信(xin)號(hao)，收(shou)集信(xin)號(hao)後對(dui)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)統壹匯總，後轉發(fa)至(zhi)上級(ji)電(dian)路。

3.安(an)科(ke)瑞(rui)Acrel-2000Z電(dian)力(li)監控(kong)系統解決方(fang)案(an)

3.1概述(shu)

針(zhen)對(dui)用(yong)戶(hu)變(bian)電站(zhan)（壹般(ban)為35kV及(ji)以(yi)下(xia)電壓等(deng)級(ji)），通(tong)過微(wei)機保護(hu)裝置(zhi)、開關(guan)櫃綜(zong)合測(ce)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)、電氣(qi)接(jie)點(dian)無線測(ce)溫產品(pin)、電能質量(liang)在(zai)線監測(ce)裝置(zhi)、配電室環(huan)境(jing)監控(kong)設(she)備、弧光保護(hu)裝置(zhi)等設(she)備組成綜(zong)合自(zi)動(dong)化的綜合(he)監控(kong)系統，實現了(le)變(bian)電、配電、用(yong)電的安全運(yun)行(xing)和全面(mian)管理。監控(kong)範(fan)圍包括用(yong)戶(hu)變(bian)電站(zhan)、開閉(bi)所、變(bian)電所及(ji)配電室等(deng)。

Acrel-2000Z電(dian)力監控(kong)系統是安(an)科(ke)瑞(rui)電(dian)氣(qi)股份有(you)限(xian)公司根(gen)據電力(li)系統自(zi)動(dong)化及(ji)無人值(zhi)守(shou)的要求(qiu)，針對(dui)35kV及(ji)以(yi)下(xia)電壓等(deng)級(ji)研(yan)發(fa)出的壹套(tao)分層分(fen)布式變(bian)電站(zhan)監控(kong)管(guan)理(li)系統。該(gai)系統是應用(yong)電力自(zi)動(dong)化技(ji)術(shu)、計算(suan)機技(ji)術(shu)、網絡技術(shu)和信(xin)息(xi)傳輸(shu)技(ji)術(shu)，集保護(hu)、監測(ce)、控(kong)制(zhi)、通(tong)信(xin)等(deng)功能於壹體(ti)的開放(fang)式(shi)、網絡化、單(dan)元(yuan)化(hua)、組態化(hua)的系統，適(shi)用(yong)於35kV及(ji)以(yi)下(xia)電壓等(deng)級(ji)的城網、農網變(bian)電站(zhan)和用(yong)戶(hu)變(bian)電站(zhan)，可實(shi)現(xian)對(dui)變(bian)電站(zhan)的控(kong)制(zhi)和管理(li)，滿足變(bian)電站(zhan)無人或(huo)少(shao)人值(zhi)守(shou)的需求(qiu)，為變(bian)電站(zhan)安全、穩定(ding)、經(jing)濟運(yun)行(xing)提(ti)供了堅(jian)實(shi)的保障(zhang)。

3.2應用(yong)場(chang)所(suo)

適(shi)用(yong)於軌(gui)道(dao)交(jiao)通(tong)，工業(ye)，建築，學(xue)校，商業(ye)綜合體(ti)等(deng)35kV及(ji)以(yi)下(xia)用(yong)戶(hu)端(duan)供配電自(zi)動(dong)化系統工程(cheng)設(she)計、施工和運行(xing)維(wei)護。

3.3系統架(jia)構(gou)

Acrel-2000Z電(dian)力監控(kong)系統采用(yong)分層分布式(shi)設(she)計，可分(fen)為三層(ceng)：站(zhan)控(kong)管(guan)理(li)層(ceng)、網絡通(tong)信(xin)層(ceng)和現場(chang)設(she)備層，組網方式(shi)可(ke)為標(biao)準(zhun)網絡結構(gou)、光纖星型網絡結構(gou)、光纖環網網絡結構(gou)，根據用(yong)戶(hu)用(yong)電規模、用(yong)電設(she)分(fen)布和占地(di)面(mian)積(ji)等(deng)多方面(mian)的信(xin)息(xi)綜合考(kao)慮組網方式(shi)。

3.4系統功能

（1）實(shi)時(shi)監測(ce)：直(zhi)觀(guan)顯(xian)示(shi)配電網的運行(xing)狀態(tai)，實時(shi)監測(ce)各(ge)回(hui)路電(dian)參數(shu)信(xin)息(xi)，動態監視(shi)各(ge)配電回路有(you)關故(gu)障、告警等(deng)信(xin)號(hao)。

（2）電(dian)參量(liang)查(zha)詢(xun)：在(zai)配電壹次圖(tu)中(zhong)，可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)查(zha)看(kan)該(gai)回(hui)路詳細(xi)電(dian)參量(liang)。

（3）曲(qu)線查(zha)詢(xun)：可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)查(zha)看(kan)各(ge)電(dian)參量(liang)曲(qu)線。

（4）運(yun)行(xing)報表(biao)：查(zha)詢(xun)各(ge)回(hui)路或(huo)設(she)備時(shi)間(jian)的運行(xing)參數(shu)。

（5）實(shi)時(shi)告警：具有(you)實時(shi)告警功(gong)能，系統能夠(gou)對(dui)配電回路遙(yao)信(xin)變(bian)位，保護(hu)動作、事故跳(tiao)閘(zha)等事件(jian)發(fa)出告警。

（6）歷(li)史(shi)事件(jian)查(zha)詢(xun)：對(dui)事(shi)件(jian)記(ji)錄進(jin)行(xing)存(cun)儲(chu)和管理(li)，方(fang)便(bian)用(yong)戶(hu)對(dui)系統事件(jian)和報警(jing)進(jin)行(xing)歷史(shi)追溯，查(zha)詢(xun)統(tong)計、事故(gu)分(fen)析(xi)。

（7）電(dian)能統計報表(biao)：系統具備定時(shi)抄(chao)表(biao)匯總統計功能，用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)自(zi)由(you)查(zha)詢(xun)自(zi)系統正常(chang)運行(xing)以來任意(yi)時(shi)間(jian)段內(nei)各(ge)配電節點(dian)的用(yong)電情況。

（8）用(yong)戶(hu)權限(xian)管(guan)理(li)：設(she)置(zhi)了用(yong)戶(hu)權限(xian)管(guan)理(li)功(gong)能，可以(yi)定(ding)義不同(tong)級(ji)別(bie)用(yong)戶(hu)的登(deng)錄名(ming)、密碼(ma)及(ji)操(cao)作權限(xian)。

（9）網絡拓撲圖(tu)：支(zhi)持(chi)實(shi)時(shi)監視(shi)並診(zhen)斷(duan)各(ge)設(she)備的通(tong)訊狀(zhuang)態，能夠(gou)完整的顯(xian)示(shi)整個系統網絡結構(gou)。

（10）電(dian)能質量(liang)監測(ce)：可以(yi)對(dui)整個配電系統範(fan)圍內(nei)的電能質量(liang)和電能可靠(kao)性狀(zhuang)況進(jin)行(xing)持續性(xing)的監測(ce)。

（11）遙(yao)控(kong)功(gong)能：可以(yi)對(dui)整個配電系統範(fan)圍內(nei)的設(she)備進(jin)行(xing)遠(yuan)程(cheng)遙控(kong)操(cao)作。

（12）故(gu)障錄波：可(ke)在(zai)系統發(fa)生故(gu)障(zhang)時(shi)，自(zi)動(dong)準(zhun)確(que)地(di)記(ji)錄故障(zhang)前、後過程(cheng)的各(ge)種(zhong)電氣(qi)量(liang)的變(bian)化情況(kuang)。

（13）事(shi)故追(zhui)憶：可(ke)自(zi)動(dong)記(ji)錄事故(gu)時(shi)刻(ke)前(qian)後壹段時(shi)間(jian)的所有(you)實時(shi)穩態(tai)信(xin)息(xi)。

（14）Web訪(fang)問(wen)：展示(shi)頁(ye)面顯(xian)示(shi)變(bian)電站(zhan)數量(liang)、變(bian)壓器(qi)數量(liang)、監測(ce)點(dian)位數(shu)量(liang)等概況(kuang)信(xin)息(xi)，設(she)備通(tong)信(xin)狀(zhuang)態，用(yong)電分析(xi)和事件(jian)記(ji)錄。

（15）APP訪(fang)問(wen)：設(she)備數據(ju)頁面(mian)顯(xian)示(shi)各(ge)設(she)備的電參量(liang)數據(ju)以(yi)及(ji)曲(qu)線。

3.5系統硬件(jian)配置(zhi)

4.結(jie)語(yu)

基(ji)於前(qian)人研(yan)究，設(she)計了煤(mei)礦電力(li)監控(kong)系統。根據煤(mei)礦的實際(ji)供電需(xu)求(qiu)及(ji)電(dian)網工作性能分析(xi)，對(dui)電(dian)力監控(kong)系統的地面(mian)主(zhu)站(zhan)調(tiao)度監控(kong)系統、井(jing)下(xia)電力(li)監控(kong)分(fen)站(zhan)和礦用(yong)綜合保護(hu)測(ce)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)了設(she)計，並對(dui)這(zhe)三大模塊(kuai)的運行(xing)流程(cheng)及(ji)運(yun)行(xing)原理(li)進(jin)行(xing)了深入(ru)分析(xi)，可(ke)以(yi)為煤礦電網的安全運(yun)行(xing)提(ti)供壹定(ding)的參考(kao)與(yu)借(jie)鑒(jian)。