淺談煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的改造研究

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：當前我國很多煤礦企業(yè)在市場環(huán)境中發(fā)展越來越困難，同時隨著煤礦企業(yè)運作成本的不斷提高，進一步壓縮了煤礦企業(yè)的利潤空間，使很多煤礦企業(yè)都很難在復雜的市場環(huán)境中生存與發(fā)展。鑒于此，本文主要分析煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)改造。

關鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng);煤礦井下;改造;

隨著科技進步，以及煤礦企業(yè)的安全改造及現(xiàn)代化建設進程的不斷深入和發(fā)展，建設“五優(yōu)"礦井，創(chuàng)建數(shù)字化礦山，已在國內(nèi)煤炭行業(yè)悄然展開，為保證礦井生產(chǎn)調(diào)度的可靠性，增設礦井電力保護監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)全礦電力調(diào)度管理的規(guī)范化、科學運作，在當前的環(huán)境狀況下，顯得尤為重要。

1. 概述

1.1、礦區(qū)電力系統(tǒng)不能全覆蓋監(jiān)控

初期電力自動化監(jiān)控裝置設計時，井下和地面變電所的高壓開關大部分采取了更換保護裝置或者通信裝置的方式才基本實現(xiàn)了電氣信號監(jiān)測和部分高開的遙控操作功能，在礦區(qū)內(nèi)還有很多新建變電所和改造后的變電所因為通信不兼容不能實現(xiàn)監(jiān)控，還有一些地面重要負荷（如瓦斯抽放站、立井風機房、壓風機房等）受早期資金和技術限制也不能將數(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)，還需要人員24小時值守，隨時準備倒閘操作和日常運行巡視。

1.2、裝置通信容量不足

煤礦在后續(xù)的發(fā)展過程中先后新增加了2個采區(qū)供電和2個地面變電所供電，原有的電力自動化監(jiān)控裝置預留備用的通信接口就不足支撐接入多余設備；同時原有的監(jiān)控系統(tǒng)主要采用電纜通信，在通信速率上最大為100兆/秒，加之所監(jiān)控的設備數(shù)量眾多，在實際運行環(huán)境中還受到大型設備電磁干擾，頻繁出現(xiàn)通信卡頓現(xiàn)象。

1.3、監(jiān)控裝置所監(jiān)控電氣參數(shù)有限

當井下發(fā)生開關短路跳閘故障后，調(diào)度監(jiān)控人員不能夠快速知道井下配電室高壓設備情況以及保護所報的故障信息，對技術人員排除故障，快速分析事故，以及高壓設備自我檢測等功能。

1. 煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)組成分析

2.1、系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件主要由以下幾部分組成:電力監(jiān)控分站、高壓配電裝置、低壓組合開關、智能保護控制器、防雷器、防爆交換機、工控機、打印機、UPS電源、配件。

電力監(jiān)控分站的作用主要有三部分：采集數(shù)據(jù)、顯示控制、通信傳輸。具體來說就是:電力監(jiān)控分站采集高壓饋電開關內(nèi)置的綜保信息，在就地的觸摸屏上顯示出來，然后再接入煤礦網(wǎng)絡，上傳到地面，接收工控機的控制信號，控制高壓饋電開關動作。

電力監(jiān)控分站主要由以下幾部分組成:變壓器、電源、備用電池、顯示屏、鍵盤、通信管理機、光端機或光電轉(zhuǎn)換模塊(至少兩光兩電)。

2.2、供電監(jiān)控系統(tǒng)

供電監(jiān)控系統(tǒng)主要用于煤礦供電系統(tǒng)和運轉(zhuǎn)設備的監(jiān)測、控制、管理和安全保護等方面，實現(xiàn)供電系統(tǒng)和設備的在線參數(shù)監(jiān)測、遠程操作控制、實時事故報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、運行安全保護、用電計量管理等監(jiān)控管理功能;提供遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視、遙播、遙訊、遙試“八遙操控"、事故報警、保護、定位和事故快速解決的手段，具有解決供電系統(tǒng)越級跳閘、電壓波動跳閘、漏電接地選線、突發(fā)停電事故恢復、負荷控制等電力運行難題的實用方案，系統(tǒng)的高精度計量監(jiān)測、專業(yè)圖表分析工具、錄波分析工具和智能專家系統(tǒng)，是加強供電管理、減少事故、降低損耗、節(jié)約電能、提高運行效率和管理水平的最新現(xiàn)代化工具，運用系統(tǒng)網(wǎng)絡遠程操作控制和智能程控技術，實現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設備的全面自動化無人值守智能監(jiān)控管理。

電力監(jiān)控系統(tǒng)建立在1 000 M冗余工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、高速專用電力監(jiān)控現(xiàn)場總線、CAN/ＲS485工業(yè)現(xiàn)場總線、無線通信構(gòu)成的多層分布式煤礦寬帶工業(yè)網(wǎng)絡平臺上，配有各種電力監(jiān)控應用軟件，是集監(jiān)控、顯示、保護、控制、采集等多種功能的監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)需要可在不同網(wǎng)絡層接入不同通訊接口的各種監(jiān)控裝置和各種設備、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，兼容各種接口設備。同時提供標準數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)與礦井自動化信息平臺無縫連接，為信息平臺提供供電數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一體化的全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控和自動化、信息化系統(tǒng)。

系統(tǒng)將供電系統(tǒng)監(jiān)控、變電所環(huán)境監(jiān)控及IP電hua、IP廣播、視頻等多源異質(zhì)數(shù)據(jù)有機融合，實現(xiàn)電力監(jiān)控、視頻、語音、廣播聯(lián)動，建立了一套綜合性多媒體數(shù)字化電力監(jiān)控管理系統(tǒng)，監(jiān)控的內(nèi)容和范圍更寬、更全面，使管理和操控人員在全面的多媒體信息化環(huán)境中身臨其境般的實現(xiàn)更加可靠的遠程管理和操控。

1. 煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)改造

3.1、電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主站升級

在礦井調(diào)度室電力監(jiān)控中心更換安裝了6臺工業(yè)級監(jiān)控服務器，4臺工業(yè)級電力監(jiān)控上位機，為了防止在今后使用過程中減少電腦病毒入侵的可能性，保障監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)上的運行安全可靠，采用了linux中文版操作系統(tǒng)，同時升級安裝了6臺千兆網(wǎng)絡交換服務器、6臺光纖網(wǎng)絡交換服務器，1套獨立無間斷電源系統(tǒng)、1套綜合信息發(fā)布系統(tǒng)。

3.2、電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控分站優(yōu)化

在井下和地面的各個變電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)分站的改造上，在每個變電所數(shù)據(jù)傳輸分站裝置內(nèi)都新配備了了防爆型千兆光纖交換服務器，對于新建的變電所，直接將保護接入光纖交換機進行通信，將原來監(jiān)控系統(tǒng)的百兆通信傳輸升級為千兆傳輸，源頭上避免的傳輸卡頓、信號丟包、數(shù)據(jù)延遲等情況，并且在各分站之間實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)。在保障監(jiān)控分站供電電源上使用了KDW0.3/660A型雙回路無間斷電源裝置，確保在全礦井失電等ji端情況下的監(jiān)控系統(tǒng)正常運行。

3.3、自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部功能設計

在進行電力監(jiān)控系統(tǒng)設計的時候，應該關注系統(tǒng)的功能模塊設計，能夠?qū)崿F(xiàn)相應的功能。1）系統(tǒng)應該具有井下電力系統(tǒng)的四遙功能，同時可以快速定位故障發(fā)生節(jié)點、故障類型、故障信息記錄等內(nèi)容。2）系統(tǒng)應該能夠?qū)崿F(xiàn)各個保護裝置與設備的聯(lián)網(wǎng)運作，同時結(jié)合不同設備的特點來進行參數(shù)保護與控制，實現(xiàn)對各個設備的自動化控制，并實現(xiàn)對電力設備的在線監(jiān)測等功能。3）系統(tǒng)應該能夠?qū)Ω鱾€電力設備的運作現(xiàn)狀進行實時監(jiān)測，并能夠出具各類數(shù)據(jù)信息的歷史曲線與圖表數(shù)據(jù)，使這部分的內(nèi)容更加直觀。而在這類數(shù)據(jù)信息的權限設置上，應該根據(jù)用戶類型的不同進行分級用戶共享。第四，系統(tǒng)還應該能夠使用紅外線來對各個保護器的參數(shù)進行綜合調(diào)整，同時供電設備也應該實現(xiàn)不停機運作，能夠較好地契合井下惡劣環(huán)境，實現(xiàn)各個設備的正常運作。第五，應該做好系統(tǒng)界面設計，提供相對和諧的人際互動界面，同時能夠自由切換各個子系統(tǒng)以及其他模塊，顯著提高系統(tǒng)的運作效果。

3.4、電力監(jiān)控系統(tǒng)單元節(jié)點改造

每一個高爆開關都增加了DMP-5102B型智能終端，智能終端能夠就地采集開關的位置信息、電氣信號量以及溫度信息，同時還能夠與綜保裝置進行通信將綜保的保護動作事件信息打包以光纖傳輸?shù)姆绞絺髦帘O(jiān)控分站。

3.5、遠程遙控、遙測和視頻聯(lián)動應用

新增加的智能終端能夠就地采集電氣數(shù)據(jù)的同時，把各個開關斷路器的控制回路也接入各個智能終端，這樣操作人員就能夠在調(diào)度室遠程控制各個變電所開關的斷路器分合閘，同時在各個變電所無si角的安裝了?？低暤淖詣痈櫱蛐蛿z像頭，在遠程操作時將攝像頭對準開關，觀察遠程操作時開關的變位情況和運行情況，同時還能對人員現(xiàn)場操作時的情況進行監(jiān)督和遠程監(jiān)護。

1. 安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

4.1概述

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)是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡化、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)對變電站方位的控制和管理，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。

4.2應用場所

辦公建筑（商務辦公、國家機關辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）

科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）

交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）

廠礦企業(yè)建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發(fā)電、風能發(fā)電等）

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層，組網(wǎng)方式可為標 準網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

4.4設備選型

應用場合

型號

保護功能

系統(tǒng)解決方案

10kV

分配電所

進饋線/廠用變

PT監(jiān)測

AM4-I

AM4-U

三段式定時限過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、零序過壓保護、非電量保

護、低電壓保護、過電壓保護、過負荷保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波

低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警

1. 結(jié)束語

總之，此次煤礦電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造實現(xiàn)了井下變電所的無人值守，做到了減人提效，極大的提升了礦井供電網(wǎng)的自動化水平，對煤礦供電系統(tǒng)的集中化、安全化提供了平臺支撐。

參考文獻

1. 周耀.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)改造研究.

2. 趙大磊.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的應用研究[J].

3. 安科瑞電力監(jiān)控與保護類產(chǎn)品選型手冊,2022.07.

4. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊，2022.05.

作者簡介：

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事微機保護測控裝置和電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應用。