淺談煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的改造研究

摘要：當(dāng)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(yùn)作成本的不斷提高，進(jìn)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(fù)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(guān)鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng);煤礦井下;改造;

隨著科技進(jìn)步，以及煤礦企業(yè)的安全改造及現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷深入和發(fā)展，建設(shè)“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(shè)礦井電力保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全礦電力調(diào)度管理的規(guī)范化、科學(xué)運(yùn)作，在當(dāng)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(shè)計(jì)時，井下和地面變電所的高壓開關(guān)大部分采取了更換保護(hù)裝置或者通信裝置的方式才基本實(shí)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?yàn)橥ㄐ挪患嫒莶荒軐?shí)現(xiàn)監(jiān)控，還有一些地面重要負(fù)荷（如瓦斯抽放站、立井風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房等）受早期資金和技術(shù)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(zhǔn)備倒閘操作和日常運(yùn)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(yù)留備用的通信接口就不足支撐接入多余設(shè)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(shè)備數(shù)量眾多，在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中還受到大型設(shè)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(dāng)井下發(fā)生開關(guān)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(shè)備情況以及保護(hù)所報的故障信息，對技術(shù)人員排除故障，快速分析事故，以及高壓設(shè)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(guān)、智能保護(hù)控制器、防雷器、防爆交換機(jī)、工控機(jī)、打印機(jī)、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(guān)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(luò)，上傳到地面，接收工控機(jī)的控制信號，控制高壓饋電開關(guān)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(jī)、光端機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的監(jiān)測、控制、管理和安全保護(hù)等方面，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)和設(shè)備的在線參數(shù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程操作控制、實(shí)時事故報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)行安全保護(hù)、用電計(jì)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(hù)、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(fù)、負(fù)荷控制等電力運(yùn)行難題的實(shí)用方案，系統(tǒng)的高精度計(jì)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(qiáng)供電管理、減少事故、降低損耗、節(jié)約電能、提高運(yùn)行效率和管理水平的最新現(xiàn)代化工具，運(yùn)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作控制和智能程控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)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(luò)平臺上，配有各種電力監(jiān)控應(yīng)用軟件，是集監(jiān)控、顯示、保護(hù)、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(luò)層接入不同通訊接口的各種監(jiān)控裝置和各種設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，兼容各種接口設(shè)備。同時提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，實(shí)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(shí)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廣播、視頻等多源異質(zhì)數(shù)據(jù)有機(jī)融合，實(shí)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(shí)現(xiàn)更加可靠的遠(yuǎn)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(wù)器，4臺工業(yè)級電力監(jiān)控上位機(jī)，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(yùn)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(luò)交換服務(wù)器、6臺光纖網(wǎng)絡(luò)交換服務(wù)器，1套獨(dú)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(wù)器，對于新建的變電所，直接將保護(hù)接入光纖交換機(jī)進(jìn)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(shí)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情況下的監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.3、自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部功能設(shè)計(jì)

在進(jìn)行電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時候，應(yīng)該關(guān)注系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能。1）系統(tǒng)應(yīng)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(diǎn)、故障類型、故障信息記錄等內(nèi)容。2）系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)各個保護(hù)裝置與設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)作，同時結(jié)合不同設(shè)備的特點(diǎn)來進(jìn)行參數(shù)保護(hù)與控制，實(shí)現(xiàn)對各個設(shè)備的自動化控制，并實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備的在線監(jiān)測等功能。3）系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)Ω鱾€電力設(shè)備的運(yùn)作現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)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(quán)限設(shè)置上，應(yīng)該根據(jù)用戶類型的不同進(jìn)行分級用戶共享。第四，系統(tǒng)還應(yīng)該能夠使用紅外線來對各個保護(hù)器的參數(shù)進(jìn)行綜合調(diào)整，同時供電設(shè)備也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)不停機(jī)運(yùn)作，能夠較好地契合井下惡劣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)各個設(shè)備的正常運(yùn)作。第五，應(yīng)該做好系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，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(yùn)作效果。

3.4、電力監(jiān)控系統(tǒng)單元節(jié)點(diǎn)改造

每一個高爆開關(guān)都增加了DMP-5102B型智能終端，智能終端能夠就地采集開關(guān)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(jìn)行通信將綜保的保護(hù)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(yuǎn)程遙控、遙測和視頻聯(lián)動應(yīng)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(guān)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(yuǎn)程控制各個變電所開關(guān)的斷路器分合閘，同時在各個變電所安裝了?？低暤淖詣痈櫱蛐蛿z像頭，在遠(yuǎn)程操作時將攝像頭對準(zhǔn)開關(guān)，觀察遠(yuǎn)程操作時開關(guān)的變位情況和運(yùn)行情況，同時還能對人員現(xiàn)場操作時的情況進(jìn)行監(jiān)督和遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。

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(yīng)用電力自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等多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(shí)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(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

4.2應(yīng)用場所

辦公建筑（商務(wù)辦公、國家機(jī)關(guān)辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場、金融機(jī)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(yùn)輸建筑（機(jī)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(fēng)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(shè)計(jì)，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)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(shè)備選型

應(yīng)用場合

型號

保護(hù)功能

系統(tǒng)解決方案

10kV

分配電所

進(jìn)饋線/廠用變

PT監(jiān)測

AM4-I

AM4-U

三段式定時限過流保護(hù)、反時限過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、零序過壓保護(hù)、非電量保

護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、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(shí)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(xiàn)

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(yīng)用研究[J].

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

4. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊，2022.05.