韓歡慶

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

 

 

摘要：隨著(zhù)煤礦建設的智能化程度越來(lái)越高，構建智能電力監控系統實(shí)現對礦山生產(chǎn)的有效監控至關(guān)重要。首先分析了礦山電力監控系統存在的主要問(wèn)題，其次重點(diǎn)介紹了基于智能礦山電力監控系統的設計過(guò)程，后提出了加強智能電力監控系統的措施，以保障智能電力監控系統的正常使用。

關(guān)鍵詞：智能礦山；電力監控系統；應用方法

       礦山開(kāi)采工作較為復雜，涉及礦山井下開(kāi)采人員、設備以及生產(chǎn)環(huán)節的管理等。隨著(zhù)智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，現代化信息技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)也不斷發(fā)展，對智能礦山的建設提出了更高的要求。傳統的礦山電力監控系統一般應用計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，不能實(shí)現井下設備的控制，無(wú)法及時(shí)反饋環(huán)境信息和設備情況等。

因此，在傳統電力監控系統的基礎上，通過(guò)大數據技術(shù)和云計算等完成礦井監測的可視化、調度的綜合化以及控制的自動(dòng)化，有利于提升煤礦的安全性，加強生產(chǎn)業(yè)務(wù)的管理水平。由此可見(jiàn)，對基于智能礦山電力監控系統應用方法進(jìn)行研究具有重要意義。

       目前，雖然對電力監控系統及相關(guān)設備做了很多研究，但是缺少對數據的合理應用，而且數據庫需要存儲大量關(guān)于電力數據的監測值，這也是電力監控系統需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。在實(shí)際應用過(guò)程中，電力監控系統主要存在以下問(wèn)題。

1.1 工作人員不能根據監控數據發(fā)現安全隱患。

       監控系統的主要功能是監測礦下的信息參數，不能很好地處理異常數據，且缺少對數據的預測功能，通過(guò)人機交互界面不能保證工作人員提前了解信息參數。

1.2 缺少對安全監控信息的深入分析與利用

       大數據分析已經(jīng)成為廣泛應用的數據分析方法，能夠找出數據背后的價(jià)值信息，從而為科學(xué)決策提供依據，在各個(gè)行業(yè)當中都有著(zhù)廣泛的應用。煤礦開(kāi)采也要加強對數據信息的分析與應用，保證監控的多元融合。

1.3 預測模型的智能化程度低。

       電力監控系統主要注重對安全信息的監測與控制，并進(jìn)行簡(jiǎn)單反饋，不能實(shí)現危險度的判斷以及事故預警等。此外，斷電控制、分級報警以及區域斷電等功能需要進(jìn)一步完善，所以須提高電力監控系統的智能化水平。

2.1系統設計

       電力監控系統采用了3種技術(shù)，分別是自動(dòng)化技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)以及信息化技術(shù)，集保護、監測、控制、通信等多種功能于一體，具有開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化、模塊化、組態(tài)化的特點(diǎn)。電力監控系統設計有客戶(hù)端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）結構，同時(shí)還具有能夠支持Web瀏覽，即瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）的結構。該系統采取變電所的一次主設備實(shí)現“五遙"功能，即遙測、遙信、遙控、遙調以及遙視，同時(shí)實(shí)時(shí)采集高、低壓開(kāi)關(guān)柜的相關(guān)電氣監測數據，通過(guò)高、低壓柜的運行數據判斷負載設備的運行情況，對二次設備和輔助設備實(shí)現遠程控制和管理，并與煤礦安全監測系統進(jìn)行數據交互，實(shí)現對電力系統的較全智能管理

2.2　系統的結構與組成

       系統的設計采用了分布式、模塊化思想，主要分成5層，如圖1所示，分別是設備層、間隔層、控制層、管理層以及決策層?？刂茖雍烷g隔層通過(guò)以太網(wǎng)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）進(jìn)行數據傳輸；間隔層和設備層通過(guò)Modbus-RTU和ModBus協(xié)議進(jìn)行通信。充分考慮數據傳輸方式的不同，對數據傳輸標準進(jìn)行統一，根據現場(chǎng)不同的系統來(lái)實(shí)現各煤礦的電力監控功能。

       設備層主要包含一些電力系統采集設備的終端，如電力保護裝置、功能儀表、電力監測裝置等。電力監控系統的間隔層設備采用間隔分散式的安裝方法，各設備之間相互獨立，僅通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )連接。井下間隔層設備通常采用Modbus-RTU和ModBus協(xié)議進(jìn)行通信Modus-RTU通過(guò)井下電力分站就近接入井下控制環(huán)網(wǎng)交換機，通過(guò)光纖接入地面生產(chǎn)指揮中心?？刂茖影ㄖ髡颈O控系統、通信服務(wù)器，其中主站監控系統完成數據實(shí)時(shí)采集、數據處理、遠程控制等功能，通信服務(wù)器完成網(wǎng)絡(luò )轉換、智能設備接入和遠程主站通信。在信息層構建自動(dòng)化數據展示平臺，通過(guò)面向對象技術(shù)，對于安全性能、監測數據等不同的信息完成綜合處理，從而為科學(xué)決策和管理提供參考。管理層主要作為生產(chǎn)過(guò)程中的執行系統，主要包括集成平臺管理、運行維護、設備運行管理以及生產(chǎn)數量控制等多個(gè)功能。通過(guò)對生產(chǎn)過(guò)程的精細化管理，能夠有效解決管理層與過(guò)程控制層中存在的斷層問(wèn)題，從而提升作業(yè)管理效率，提高信息化水平。決策層根據信息層匯報的監測信息，并結合實(shí)際情況做出決策。決策的實(shí)施需要各個(gè)部門(mén)協(xié)同工作，并綜合子系統的各項信息，實(shí)現數據的快速整合，后形成一個(gè)科學(xué)合理的決策方法。

       系統能夠兼容多種協(xié)議形式的監測監控設備，與多個(gè)系統進(jìn)行數據交互。系統以變電所為單元，變電所的功能是將數據通道接入主傳輸通道。系統還具有歷史趨勢曲線(xiàn)打印、報表查詢(xún)等功能，按用戶(hù)要求可以定制各種報表、圖形與曲線(xiàn)。應用數據共享，實(shí)現信息網(wǎng)絡(luò )發(fā)布自動(dòng)報警和預測分析功能。此外，結合視頻監控系統、門(mén)禁系統，實(shí)現地面、井下變配電無(wú)人值守、有人巡視的目的。

2.3　子系統接入設計

2.3.1　子系統接入方式

根據子系統的設計特點(diǎn)，可以應用3種接入方式。

上位機接入。該方式是在服務(wù)器的幫助下，通過(guò)以太網(wǎng)和對象鏈接與嵌入的過(guò)程控制（OLEforProcessControl，OPC）等接口協(xié)議完成和子系統主機之間的信息交換。接入結構如圖2所示。

       可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicCantroller，PLC）接入。對于自動(dòng)化控制系統而言，利用服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)和PLC接口相連，并且安裝在采集服務(wù)器的OPCServer中，實(shí)現和生產(chǎn)綜合監控系統服務(wù)器之間的信息交換功能。接入結構如圖3所示。

       嵌入式控制接入。對于嵌入式控制的子系統，利用內部的OPCServer，服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)和接口協(xié)議實(shí)現子系統之間的連接。接入結構如圖4所示。根據智能礦山子系統的設計特點(diǎn)，采用PLC接口方式，當子系統接入后，把采集好的數據信息進(jìn)行整合與分析形成圖表，從而為管理層的決策提供參考。

2.3.2　數據交互方式

       數據交互方式主要包括3種，分別為OPC、開(kāi)放數據庫互連（OpenDatabaseConnectivity，ODBC）、文件傳輸協(xié)議（FileTransferProtocol，FTP）。其中，OPC通過(guò)微軟組件技術(shù)進(jìn)行設計，利用C/S架構模式，能夠處理本地與網(wǎng)絡(luò )等節點(diǎn)的服務(wù)器信息，監控系統能夠對數據進(jìn)行直接讀取，安全性較高。ODBC以數據庫為基礎進(jìn)行交互，雖然實(shí)時(shí)性較差且效率比較低，但是可以根據數據結構，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)數據接口，把實(shí)時(shí)性較差的數據寫(xiě)入對應的數據庫表中，使得電力監控系統能夠獲取數據庫接口，完成信息的獲取。FTP是一種基于文件的交互方式，它的實(shí)時(shí)性較差，工作效率低，主要是作為傳輸工具將設置好的文件格式傳輸到采集服務(wù)器中，便于電力監控系統完成數據解析。

3.1　傳感控制器的發(fā)展

       在電力監控系統工作的過(guò)程中，傳感控制器起到了非常重要的作用，保障好傳感控制器的穩定性和安全性非常重要?，F階段，常用的傳感器基本能夠滿(mǎn)足電流、電壓等生產(chǎn)需要，但是仍然存在一些問(wèn)題需要引起高度的關(guān)注。在傳感器的壽命、性能、可靠性等方面，和國外的相關(guān)產(chǎn)品對比，仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)。為了滿(mǎn)足整體生產(chǎn)的性能要求，需要加強對傳感控制器的研究和改進(jìn)。

3.2　引入監測煤礦新技術(shù)

       現階段，電力監控系統基本能夠滿(mǎn)足運行的需求，但是在安全系數等方面，其性能依然具有一些缺陷，如一些產(chǎn)品存在跳閘、定位速度慢等問(wèn)題。針對這一問(wèn)題，需要加強對目標技術(shù)的研究與設計。此外，通過(guò)斷流的方式可以避免出現由于電壓波動(dòng)而停電的問(wèn)題。高壓選擇性漏電保護系統不會(huì )受到電弧電源等因素的影響，并且對過(guò)渡電阻有著(zhù)較強的抵抗性和靈敏度。這些技術(shù)都在一定程度上提升了系統的安全性，增強了數據處理和采集的能力。

3.3　對電力監控系統中主站的改進(jìn)

       在礦山的電力監控中心，可以安裝6臺監控服務(wù)器和工業(yè)電力監控計算機，從而避免出現計算機病毒破壞等問(wèn)題。此外，為了進(jìn)一步提高監控系統的可靠性和安全性，可以應用Linux中文操作系統進(jìn)行升級與安裝，主要包括千兆網(wǎng)絡(luò )交換服務(wù)器、光纖網(wǎng)絡(luò )交換服務(wù)器、電源系統以及信息發(fā)布系統等。

4.1 概述

       針對用戶(hù)變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過(guò)微機保護裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、配電室環(huán)境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動(dòng)化的綜合監控系統，實(shí)現了變電、配電、用電的安全運行和管理。監控范圍包括用戶(hù)變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

       Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動(dòng)化及無(wú)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控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)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、監測、控制、通信等功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

4.2 應用場(chǎng)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(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

4.3 系統架構

        Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)用電規模、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 系統功能

4.4.1 實(shí)時(shí)監測：

直觀(guān)顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

4.4.2 電參量查詢(xún)：

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

4.4.3 曲線(xiàn)查詢(xún)：

可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

4.4.4 運行報表：

查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數。

4.4.5 實(shí)時(shí)告警：

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

4.4.6 歷史事件查詢(xún)：

對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

4.4.7 電能統計報表：

系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況。

4.4.8 用戶(hù)權限管理：

設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

4.4.9 網(wǎng)絡(luò )拓撲圖：

支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

4.4.10 電能質(zhì)量監測：

可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。

4.4.11 遙控功能：

可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

4.4.12 故障錄波：

可在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

4.4.13 事故追憶：

可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩態(tài)信息。

4.4.14 Web訪(fǎng)問(wèn)：

展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

4.4.15 APP訪(fǎng)問(wèn)：

設備數據頁(yè)面顯示各設備的電參量數據以及曲線(xiàn)。

 

 

4.5 系統硬件配置

       通過(guò)對智慧礦山智能電力監控系統應用方法開(kāi)展研究，智能電力監控系統的應用和改進(jìn)能夠實(shí)現地下變電站的無(wú)人看守，不僅減輕了工作人員的工作壓力，提升了工作效率，而且提高了礦山供電網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)化水平。隨著(zhù)智慧礦山的發(fā)展，要求煤礦電力監控系統要向著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化、集成化的方向發(fā)展，同時(shí)融合控制技術(shù)、數據庫技術(shù)、計算機技術(shù)等多種智能化技術(shù)。因此，要合理應用智能電力監控系統，給生產(chǎn)提供重要的安全保障，促進(jìn)煤炭企業(yè)的可持續發(fā)展。

 

[1] 王　勃，宋曉西，陳　晨 . 智慧礦山：智能電力監控系統 [J]. 信息周刊，2019（7）：82.

[2] 陳爾奎，張　敏，尹曉鋼，等 . 基于 OneNET 的礦山綜合監控系統的研究 [J]. 煤炭技術(shù)，2017，36（9）：195-197.

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[4] 吳含軍 . 煤礦智能供電系統發(fā)展研究 [J]. 電力系統裝備，2021（10）：129-130

[5]  周永亮.基于智能礦山電力監控系統應用方法的探討

[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，從事電力監控系統的研究與應用