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淺談煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品選型
摘要：為了解決原有電力監(jiān)控系統(tǒng)存在的通信混亂,、傳感器采集速度慢,、數(shù)據(jù)集中處理能力較差等問題,，對煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)進行了設(shè)計,，即對電力系統(tǒng)地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng),、井下電力監(jiān)控分站和礦用綜合保護測控裝置進行了設(shè)計,，并對其運行原理進行了分析,，解決了通信混亂、傳感器采集速度慢,、數(shù)據(jù)集中處理能力差等問題,，為其他煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計提供了一定的參考，也為煤礦電網(wǎng)的穩(wěn)定運行做出了一定的貢獻,。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控,；傳感器；綜合保護,；監(jiān)控分站
0引言
中國煤炭資源儲量豐富,。伴隨著煤炭資源的大量開采，開采煤炭資源所需要的能源也在逐步增加,。電力資源是維持煤礦生產(chǎn)的重要資源,，供電性能直接影響著煤礦的正常生產(chǎn)。由于煤礦電路負(fù)載不穩(wěn)定,、井下環(huán)境惡劣等問題,，煤礦電力系統(tǒng)極易發(fā)生故障且故障檢修十分復(fù)雜，這均使得煤礦電網(wǎng)面臨較大的挑戰(zhàn),。據(jù)統(tǒng)計,，中國煤礦電力系統(tǒng)主要故障可分為相間斷路、單相接地,、斷線等,。為了保證煤礦電網(wǎng)運行安全，供電管理部門需對煤礦供電人員進行培訓(xùn),，同時對井下自動化提出更高的要求[1-2],。目前，中國大部分煤礦均逐步完善了自動化系統(tǒng),，煤礦電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性得到了一定幅度的提升,。但部分煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)存在通信混亂,、傳感器采集速度慢、數(shù)據(jù)集中處理能力較差等問題,，所以提升電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性是煤礦供電的重要研究課題,。此前較多學(xué)者對此進行了一定的分析和研究[3-4]，本文在前人的理論基礎(chǔ)上,，設(shè)計了新型電力監(jiān)控系統(tǒng),，為煤礦穩(wěn)定供電做出一定的貢獻。
1.電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介
電網(wǎng)為煤礦安全生產(chǎn)提供了動力,，不同于其他工業(yè)生產(chǎn),，需要在煤礦電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)提升安全系數(shù)，在進行電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時,，保證監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地對煤礦電網(wǎng)進行監(jiān)測,。一般煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由3個部分組成，分別為地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng),、井下電力監(jiān)控分站,、礦用綜合保護測控裝置。每個變電站的保護裝置與監(jiān)控系統(tǒng)相連,，從而形成整體總線網(wǎng),，同時各監(jiān)控測站通過光纖與地面的監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)連接，形成光纖以太網(wǎng),。
設(shè)計的電力監(jiān)控系統(tǒng)需要滿足電網(wǎng)正常運行的數(shù)據(jù)匯總需求,，包括無功功率、電壓,、電流,、有功功率、功率因數(shù)等,，并且能夠準(zhǔn)確判斷負(fù)載的用電計量,。電力監(jiān)控系統(tǒng)需要對變電所的運行參數(shù)進行監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示于控制屏幕,，同時對系統(tǒng)過載,、漏電、斷相,、短路等進行緊急處理,，避免出現(xiàn)因故障而損壞的情況。
2.電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
2.1地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器,、通信柜,、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。數(shù)據(jù)服務(wù)器對系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行儲存,，便于后期查看,；通信服務(wù)器將變電所管理站與數(shù)據(jù)服務(wù)器間的數(shù)據(jù)進行互換,，達到數(shù)據(jù)信息傳遞的目的。在地面電力監(jiān)控調(diào)度中心配置電力集控軟件,，監(jiān)控主機運行過程中,，備用機與監(jiān)控主機進行數(shù)據(jù)交換，當(dāng)監(jiān)控主機發(fā)生異常時,，備用機及時代替監(jiān)控主機，進行冗余設(shè)置,。
2.2井下電力監(jiān)控分站設(shè)計
電力監(jiān)控分站是井下電網(wǎng)控制的第一關(guān),，是電力監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分。本文設(shè)計的電力監(jiān)控分站采用KJ519-F型礦用隔爆兼本安型監(jiān)控站,，其可以實時管理高爆開關(guān),，監(jiān)控電網(wǎng)運行狀態(tài)。電力監(jiān)控分站內(nèi)部有電源模塊,、以太網(wǎng)交換機,、后備電源等。電力監(jiān)控分站的工作電壓為AC127V,，內(nèi)部配有2組NI-MHD8500mA12V備用電源,，共有4路通信線路，通信傳輸方式有RS485,、半雙工,、主從3種，*大傳輸距離為1km,，傳輸速度為9600bit/s,。分站內(nèi)部控制箱是分站的核心，控制箱內(nèi)部有繼電器,、PLC（ProgrammableLogicController,，可編程邏輯控制器）、電源,、接觸器等,，其主要實現(xiàn)電壓和電流數(shù)據(jù)的采集。同時,，控制箱內(nèi)部有PLC,，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)控制輸出，控制箱能夠?qū)崟r顯示系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)測數(shù)據(jù),，較好地實現(xiàn)人機互換,。
2.3礦用綜合保護測控裝置設(shè)計
對礦用綜合保護測控裝置進行設(shè)計，首先需要對微機監(jiān)控保護裝置進行設(shè)計,。微機監(jiān)控保護裝置選用GWZB-10型微機保護裝置,，其主要用于額定電壓3300V和頻率50Hz的電網(wǎng)環(huán)境,。微機保護裝置核心為32位單片機，高精度的微型互感器及工業(yè)級的外圍芯片是保護裝置的輔助部分,，其具有較高的靈敏度和可靠性,，內(nèi)部同時匹配多種抗干擾措施，避免信息傳輸過程中的外部干擾,。保護裝置具備自我檢測功能和硬件閉鎖保護功能,，通過不斷地進行自我檢測，從而保證設(shè)備正常運行,，提升監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。
微機保護裝置內(nèi)部設(shè)計有隔爆遙控器，使用者可以通過遙控器進行遠程系統(tǒng)操作,，很大地提升了操作系統(tǒng)的效率,。同時由于利用遙控器控制，可舍棄設(shè)備上的按鍵,，省去礦井設(shè)備的復(fù)雜按鍵改造,，提高系統(tǒng)改造效率。另外,，保護裝置內(nèi)部通過設(shè)定控制值進行控制,，控制值可以查詢和修改。保護裝置定時對自身運行狀態(tài)進行檢查,，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障時,，能夠定位故障芯片。保護裝置配備有RS-485/RS-232標(biāo)準(zhǔn)通信接口,，能夠較好地匹配電力監(jiān)控系統(tǒng)的接口,。
煤礦電網(wǎng)線路較短，阻抗較小,，在發(fā)生短路事故時產(chǎn)生的電流很大,，為了保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設(shè)計了防越級跳閘保護系統(tǒng),。防越級跳閘保護系統(tǒng)采用光纖閉鎖信號,，對系統(tǒng)線路段進行電流閉鎖保護。防越級跳閘系統(tǒng)主要包括智能光纖控制服務(wù)器SU20,、礦用智能光纖保護PA61和PA63,。PA63防越級跳閘微機保護集控制、通信,、測量,、防越級等多種功能于一體；智能光纖控制服務(wù)器SU20主要用于收集閉鎖信號，收集信號后對信號進行統(tǒng)一匯總,，后轉(zhuǎn)發(fā)至上級電路,。
3.安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
3.1概述
針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置,、開關(guān)柜綜合測控裝置,、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置,、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備,、弧光保護裝置等設(shè)備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電,、配電,、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等,。
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求,，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動化技術(shù),、計算機技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護,、監(jiān)測,、控制、通信等功能于一體的開放式,、網(wǎng)絡(luò)化,、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng),，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng),、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)對變電站的控制和管理,，滿足變電站無人或少人值守的需求,，為變電站安全、穩(wěn)定,、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障,。
3.2應(yīng)用場所
適用于軌道交通，工業(yè),，建筑,，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設(shè)計,、施工和運行維護,。
3.3系統(tǒng)架構(gòu)
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計,，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層,，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，根據(jù)用戶用電規(guī)模,、用電設(shè)分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。
3.4系統(tǒng)功能
（1）實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài),，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息,，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號,。
（2）電參量查詢：在配電一次圖中,，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。
（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線,。
（4）運行報表：查詢各回路或設(shè)備指時間的運行參數(shù),。
（5）實時告警：具有實時告警功能,，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位,，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警,。
（6）歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計,、事故分析,。
（7）電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況,。
（8）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,。
（9）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài),，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
（10）電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測,。
（11）遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作,。
（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前,、后過程的各種電氣量的變化情況。
（13）事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。
（14）Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量,、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息,，設(shè)備通信狀態(tài),，用電分析和事件記錄。
（15）APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線,。
3.5系統(tǒng)硬件配置
4.結(jié)語
基于前人研究,，設(shè)計了煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)煤礦的實際供電需求及電網(wǎng)工作性能分析,，對電力監(jiān)控系統(tǒng)的地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng),、井下電力監(jiān)控分站和礦用綜合保護測控裝置進行了設(shè)計，并對這三大模塊的運行流程及運行原理進行了深入分析,，可以為煤礦電網(wǎng)的安全運行提供一定的參考與借鑒,。
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