电力监控系统在煤矿里的应用

简婷

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

      随着煤矿机械化和自动化程度的不断提高，为保证各个生产环节的正常运行，对安全供电的依赖性更强。由于煤矿井下供电设备的故障，给煤矿的安全生产带来更大的安全事故，因此，煤矿供配电系统运行的可靠性和合理性就显得十分重要。尽管近年来煤矿供电管理部门在改进井下配电装备、应用新技术成果的同时，不断强化人员素质的管理，使煤矿井下供电系统的可靠性得到了提高，但由于人为因素造成的供电事故时有发生，影响了煤矿的安全生产。另外，供电部门每天用于值班和线路维护的工作人员较多，劳动生产率较低。因而，对井下供电系统实施微机保护和监控以及实现变电所无人值守就显得十分迫切。就目前的煤矿供电系统而言，虽然微机保护和监控系统也得到了应用，但主要是针对地面供电系统，用于井下的微机保护和监控装置还不多，大部分是在防爆开关中设置漏电保护、过载保护、短路保护、欠压保护、断相保护等保护功能,釆区内配电设备的联网功能较弱。

     实现井下变电所无人值守，就是要实现“遥测、遥信、遥控、遥调"四遥功能和各种保护功能以及遥视功能：能检测釆区变电所每次出线的电流、电压、功率、因数、开关内温度等模拟量;检测开关的位置状态及实验按钮状态；能对开关进行正常分、合闸操作；能在上位机对馈电开关进行保护动作值整定。随着井下无人值守变电所推广面的扩大，由于井下供电网络结构复杂,釆区变电所和工作面配电点供电服务对象主要是采煤、掘进、运输以及排水等主要生产环节，供电负荷种类繁多、区域分布广、负荷工作场所地质条件复杂，且存在着瓦斯、煤尘、水等有害介质，影响供电系统运行的不确定因素也较多，有可能存在安全隐患，所以装备安全可靠、技术先进、功能更为完善的煤矿安全供电系统是非常必要的。KJ36A型煤矿电力监控系统是针对煤矿供配电系统的特点，采用地面电力自动化系统的*新技术、嵌入式技术、分布式网络技术等开发的新一代煤矿电力监控系统，可对煤矿地面和井下10kV及以下供电系统实施一*化的实时监控，实现矿井变电所的无人值守。该系统为矿井电网的安全运行提供了现代化的管理手段。

1.KJ36A型煤矿电力监控系统结构

1.1综合监控信息管理层

     本系统根据用户的不同要求，在地面建立面向全矿的计算机监控信息管理网络。网络具有对图形、语音、数据和文字等多媒体的存储传输和交互作用等处理能力。系统平台基于Windows操作系统，以VC卄为开发工具，实现以多任务调度系统管理SCADA系统平台及平台上的应用，并调整运行过程中的数据和功能。系统采用功能和数据复制型冗余策略，运行不同计算机或同一台计算机上的多个进程，通过相互之间的信息交换，由多任务调度系统监视整个系统的运行状况。

    SCADA系统平台实现了矿井电力系统调度自动化、变电站(变电所)自动化的应用，包括实时数据采集、实时数据库管理、历史数据库管理、画面制作及显示、报表制作及打印、告警判别及发布、数据处理及时钟系统等丰富的功能。该平台还包括了诸如网络通信系统及任务调度系统和远程诊断及维护系统，除了关键的实时数据库和图形技术外，还包括了一些常用的工具软件，这些工具软件对系统的使用很有帮助。SCADA系统平台的功能主要有：

1. 可实现地面变电所的监控及井下中*变电所、采区变电所及各配电点的电力监控；

2. 视频图象网上压缩传输，在各个工作站既能看到所有数据信息，又能同时观察到每个摄像点的信号；

3. 对外接口丰富，与其它系统汇接方便，除主流的OPC_Server方式夕卜，同时还保留了DDE、ODBC等方式；

4. 实现“遥测、遥信、遥控、遥调"四遥功能和各种保护功能以及遥视功能；

5. 所有信息在工作站上都可用浏览器浏览，并实现远程信息的传输和故障诊断功能。

1.2信息处理与监控层

信息处理与监控层以监测和控制中产生的信息为来源，通过网络直接参与对各开关的操作及相关环节之间的调度协调。

（1）主干网络结构形式

（2）网络控制层

（3）网络产品的选型

（4）网络冗余方式

（5）光纤传输

1.2数据釆集设备

（1）电力监控主站

KJF88和KJF99电力监控主站作为井下电力监控系统的关键设备，具有数据处理、远程控制、图象显示及网络远程通信等功能。电力监控主站以嵌入式工控机为核心部件，基于WinCE操作系统，具有红外人机对话接口，可同时釆集32路开关信息，有数据釆集处理能力和丰富的图形操作工具，具有较高的可靠性和稳定性；配有接入2路视频的嵌入式视频服务器，将釆集的图形以MPEG4格式通过以太网上传，配合数据监控系统可实现变电所的无人职守。电力监控站的主要功能有：嵌入式计算机、液晶触摸屏，红外遥控；友好的人机界面，全汉化分层菜单式操作；以太网络、CAN总线、485总线等各种接口；内置交换机，独立连成光纤以太网；数据、视频和语音传输；®故障录波，统一对时；内置后备电源，为设备提供不小于4h的供电能力；监测控制保护功能独立，不依赖于通信网；友好灵活的组态平台。KJA9安全隔离器采用光电隔离技术，隔爆开关智能综合保护单元的通信信号通过安全隔离器接入电力监控主站，实现监控设备非本安RS485信号转为远距离传输本安RS485信号，以确保电气性能的安全。

1.3现场控制层

现场控制层主要包括直接针对供电设备的高、低压开关的智能综合保护器、电力参数变送器、监测装置等。

（1）智能综合保护器

CZB1系列智能综合保护器适用于煤矿井下电网中性点不接地供电系统或中性点经消弧线圈接地系统，可对高爆开关进行监控和保护，及时将设备的电气参数信息、设备工况以及故障信息及故障录波数据通过电力监控主站发送到地面调度中心，同时也能够接收地面调度主站发出的遥控、定值设定和信号复归等命令，实现远程操作功能。智能综合保护器的特点：集保护、遥测、遥信、遥控及电量的积分累计功能于一体；以工业级DSP为主体，性能稳定、可靠。釆用表贴芯片、多重光电隔离、软、硬件滤波、看门狗电路等技术，从硬件到软件的设计都充分考虑了保护器的抗干扰能力；每周波24点釆样，采用快速傅里叶算法，具有很高的保护和测量精度；大容量的高速存储器用于保存保护定值和保护器动作事件,存储故障录波数据；大屏幕液晶显示信息，红外遥控，菜单操作、调试方便；后备电源能够可靠运行2h以上，实现故障数据实时上传和就地显示功能；实时时钟显示功能，能就地修改和远方自动校时；RS485或CAN总线网络，可直接与微机监控或保护管理机联网通信；故障事件追忆、长期记忆保护动作跳闸原因、故障动作时刻、故障动作值。多用途、高智能化的电力参数变送器.在一些煤矿井下变电所及各配电点可能还有许多老开关无电信号输出。以高性能单片机为核心的KGD4B型电力参数变送器具有体积小、安装方便等特点，可以直接安装在开关内，有遥测、遥信和遥控等多种功能，可以直接釆集及显示各类电参数，并具有事件顺序记录和实现时钟同步功能，特别适合井下采区变电所等场合老开关的改造使用。同时还可以直接与中心站主机通信，将电力参数变送器送来的信息经安全隔离器隔离后，送到地面主机。

（2）系统主要功能与特点

可监测电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量、开关合/分闸状态等电力参数。具有过载、短路、断相、漏电、绝缘监视等综合保护功能。可在地面主机上对井下智能隔爆开关进行分/合闸控制、定值整定、故障诊断等。实时数据显示报警事件记录，具有不同的告警权限和告警方式。电网运行设备发生故障时，自动记录继电保护、控制装置和断路器动作的时间和状态,实现图表、曲线、事故追忆的数据釆样和保存功能。丰富的图形编辑及显示功能，在画面上可以根据设备的具体情况直接控制设备，对保护设备进行查询、调整和复归操作等。具有报表制作、显示、打印功能，可统计和计算数据。提供GPRS时钟或计算机时钟对时，包括对监控站、微机保护装置等的统一对时，便于判断电网开关越级跳闸等故障,并具有故障录波分析功能。使用网络浏览器，通过局域网或拨号网络完成系统数据保存功能，包括画面、报表、系统运行信息的査看。系统接口、协议丰富，易于异构系统的互联互通集成，实现与全矿井综合自动化系统的无缝连接。系统扩展性好，本系统以变电所为单位，变电所的增加只需将数据通道接入主传输通道。通过网络实现系统远程诊断、复制更改用户系统的配置文件和系统数据等功能。

2.安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案

2.1概述

针对用户变电站（一般为35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监控设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化的综合监控系统，实现了变电、配电、用电的安全运行和全面管理。监控范围包括用户变电站、开闭所、变电所及配电室等。

Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统，适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可实现对变电站全*位的控制和管理，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。

2.2应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

2.3系统架构

Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。

2.4系统功能

（1）实时监测：直观显示配电网的运行状态，实时监测各回路电参数信息，动态监视各配电回路有关故障、告警等信号。

（2）电参量查询：在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量。

（3）曲线查询：可以直接查看各电参量曲线。

（4）运行报表：查询各回路或设备时间的运行参数。

（5）实时告警：具有实时告警功能，系统能够对配电回路遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。

（6）历史事件查询：对事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

（7）电能统计报表：系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况。

（8）用户权限管理：设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

（9）网络拓扑图：支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

（10）电能质量监测：可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。

（11）遥控功能：可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

（12）故障录波：可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况。

（13）事故追忆：可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息。

（14）Web访问：展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。

（15）APP访问：设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。

2.5系统硬件配置

作者介绍

简婷，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为微电网能效管理和环保安全用电。