韓歡慶

江蘇安科瑞電器制造有限公司    江蘇江陰  214405

   摘要：為了探討井下無(wú)人值守變電所的電力監控系統技術(shù)，以西山煤電馬蘭礦為背景，詳細闡述了井下無(wú)人值守變電所電力監控系統技術(shù)的各項基本參數，如額定工作電壓及整機輸入視在功率、交換機或監控分站的傳輸口、高壓配電裝置的傳輸口、真空饋電開(kāi)關(guān)的傳輸口、RS485光信號傳輸口、報警聲強、視頻信號輸入口、后備電池參數、模擬量傳輸處理誤差等。研究表明，該系統為井下供電系統提供了各種保護監視和控制功能，并且通過(guò)可靠的通訊信號傳輸到地面調度中心，使值班人員對井下電網(wǎng)運行情況有詳細的了解，該系統在馬蘭礦運行效果良好，有效保證井下供電系統的供電安全和供電可靠性，并且為馬蘭礦帶來(lái)了較高的經(jīng)濟效益和很好的社會(huì )效益，該系統具有非常廣闊的應用前景。

   關(guān)鍵詞：井下；無(wú)人值守變電所；電力自動(dòng)化；監控系統

1研究背景

   井下供電是煤礦“六大件"之一，其重要性不言而喻，但是井下供電系統的安全穩定性一直是困擾煤礦安全的一項重要因素，煤礦企業(yè)本身也采取了很多方法和措施進(jìn)行解決。國內外學(xué)者也對其進(jìn)行了大量研究，從整個(gè)系統的安全方面，通過(guò)分析煤礦井下目前狀況下存在的安全問(wèn)題，提出了諸多能提高井下可靠性的方法；分析井下供電系統跳閘的原因，提出了一種防止供電跳閘的監控系統，該系統采用“三位一體"防越系統，能有效提高整個(gè)供電系統的穩定性和可靠性；分析陽(yáng)煤集團井下出現過(guò)的常見(jiàn)供電故障，并將其分類(lèi)，針對各類(lèi)型提出了相應的保護供電系統的方法和措施；針對煤礦井下高壓供電系統失壓保護，分析了其具體的原因，并針對其原因，對綜合失壓保護裝置進(jìn)行了改造和升級，保證了井下供電系統的安全和可靠。通過(guò)研究，取得了大量研究成果，但是這些針對井下供電系統都是泛泛而談，沒(méi)有從根本上解決井下供電系統安全可靠性問(wèn)題。

   本研究基于馬蘭礦研究井下無(wú)人值守變電所電力監控系統技術(shù)，該技術(shù)是在地面綜合自動(dòng)化技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，同時(shí)也是基于井下實(shí)際條件專(zhuān)門(mén)針對供電系統的一種監測監控設備。井下無(wú)人值守變電所電力監控系統技術(shù)為井下供電安全提供了保護和監控等功能，通過(guò)可靠的信號將井下情況反應到井上，從而使得井上技術(shù)人員能清晰準確的判斷井下供電情況，保證井下供電系統的供電安全。因此，2017年5月在馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監控分站，并取得了良好的效果，有效保證了井下供電系統安全可靠性。

2井下無(wú)人值守變電所電力監控系統技術(shù)

2.1額定工作電壓及整機輸入視在功率

   額定工作電壓：AC127V；整機輸入視在功率：≤150VA。

2.2交換機或監控分站的傳輸口

   與地面MIEN6208工業(yè)以太網(wǎng)交換機或同型號電力監控分站的傳輸口如下。

（1）傳輸口數量為2路。

（2）傳輸方式為TCP／IP以太網(wǎng)光信號傳輸。

（3）連接形式為SC。

（4）傳輸速率為10／100Mbps自適應。

（5）傳輸距離上限。10km（發(fā)射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm，使用MGTSV4B礦用單模光纜；光纖接點(diǎn)總數22個(gè)，其中熱熔接點(diǎn)10個(gè)，冷熔接點(diǎn)10個(gè)，活動(dòng)連接點(diǎn)2個(gè)）。

2.3高壓配電裝置的傳輸口

   與PBG型礦用隔爆兼本安型永磁機構高壓配電裝置（內置ZBT-11高開(kāi)綜合保護器）的傳輸口（本安）如下。

（1）傳輸口數量為2路（P3和P4口）。

（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485。

（3）數據傳輸速率為9600bps。

（4）傳輸距離。1km（使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導線(xiàn)截面不小于1.5mm2）。

（5）監控容量上限。每個(gè)傳輸口可掛接8臺PBG型礦用隔爆兼本安型永磁機構高壓配電裝置（內置ZBT-11高開(kāi)綜合保護器）。

2.4真空饋電開(kāi)關(guān)的傳輸口

   與KJZ16型礦用隔爆兼本安型真空饋電開(kāi)關(guān)的傳輸口（本安）如下。

（1）傳輸口數量為2路（P5和P6口）。

（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485。

（3）數據傳輸速率為9600bps。

（4）傳輸距離。1km（使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導線(xiàn)截面不小于1.5mm2）。

（5）監控容量上限。每個(gè)傳輸口可掛接8臺KJZ16R型礦用隔爆兼本安型真空饋電開(kāi)關(guān)。

2.5 RS485光信號傳輸口

（1）傳輸口數量為1路×2纖（P3口，可改配為RS485電傳輸）。

（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485光傳輸。

（3）連接形式為單模、SC。

（4）傳輸速率為為9600bps。

（5）傳輸距離上限。

         10km（發(fā)射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm，使用MGTSV4B礦用單模光纜；光纖接點(diǎn)總數22個(gè)，其中熱熔接點(diǎn)10個(gè)，冷熔接點(diǎn)10個(gè)，活動(dòng)連接點(diǎn)2個(gè)）。

2.6報警聲強

   報警聲強為不小于80dB（A）

2.7視頻信號輸入口。

           1路視頻信號輸入。連接方式：ST。接收靈敏度：-28dBm（單模光信號，光波長(cháng)1310nm）

2.8后備電池參數

   使用2組鎳氫電池串聯(lián)作為備用電源。電池數量為2節串聯(lián)。電網(wǎng)斷電后，后備電池保證設備連續工作時(shí)間不小于2h。

2.9顯示范圍

（1）單相電流。0~630A（過(guò)流120％，ZBT-11型保護器采集）；顯示單相電壓：0~10kV（過(guò)壓120％，ZBT-11型保護器采集）。

（2）單相電流。0~630A（過(guò)流120％）；顯示的單相電壓：0~1140V（過(guò)壓120％）。

2.10模擬量傳輸處理誤差

   高低壓保護器的電流、電壓傳輸誤差不大于0.5％（F.S.）。馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監控分站。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現，該井下無(wú)人值守變電所電力監控系統具有以下幾個(gè)功能特點(diǎn)：①，具有與上位機雙向通信功能；②，具有與高低壓保護器雙向通信及工作狀態(tài)顯示功能；③，具有顯示高壓保護器和低壓保護器采集的電流、電壓值；④，具有顯示高壓保護和低壓保護的分、合閘狀態(tài)；⑤，具有預告報警和事故報警功能，報警方式為聲音報警；⑥，電力監控分站能與專(zhuān)用遙控器配合使用，通過(guò)遙控器控制，可直接下發(fā)指令信息到高低壓保護器?，F以上各變電所，均能在電力調度中心實(shí)現遙控、遙調、遙信、遙測、遙視。

3應用情況及效益分析

3.1應用情況及經(jīng)濟效益

   該系統為實(shí)現無(wú)人值守變電所打下了基礎。節約人工每天約15人，人均一天費用按照200元，則全年節約人工費用為1095000元。同時(shí)該監控系統是一次性投資，長(cháng)久性使用。

3.2社會(huì )效益

   該系統經(jīng)過(guò)調研，設計，現場(chǎng)使用和多次改進(jìn)、完善，達到預期設計目標，大大地提高了供電系統的運行質(zhì)量，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力的保障。

（1）實(shí)現了減員增效。實(shí)現井下變電所無(wú)人值守，每個(gè)變電所可以節約用工半數以上。

（2）可以及時(shí)發(fā)現故障。通過(guò)該系統的語(yǔ)音報警、視頻監視和界面顯示能夠及時(shí)發(fā)現故障點(diǎn)和故障類(lèi)型，便于現場(chǎng)值班維護人員及時(shí)予以處理，減少了事故處理時(shí)間，提高了礦井供電的安全可靠性。

（3）方便電量統計和系統運行情況分心。通過(guò)調閱、打印電量和運行情況的小時(shí)、日、月等報表，對供電系統運行情況分析，為提供供電管理水平提高依據。

（4）提高安全意識，避免違章操作。應用井下電力監控系統，規范了各項電氣試驗、檢查的操作程序，并有詳細的記錄備查，提高了現場(chǎng)人員的安全意識，可有效避免違章操作。

（5）可實(shí)現快速故障診斷，保證控制的實(shí)時(shí)性、確定性和可靠性。

4推廣應用前景

   該系統為井下供電系統提供了各種保護監視和控制功能，并且通過(guò)可靠的井上，井下通訊，將監視與控制延伸到地面電力調度中心，使地面值班人員可以清楚的了解井下電網(wǎng)的供電狀況，可將井下固定值班方式轉變?yōu)樯贁等搜矙z的方式。自從馬蘭礦各變電所安裝了井下電力監控系統后，供電更加穩定、可靠。為實(shí)現井下變電所無(wú)人值班打下基礎。同時(shí)，在煤礦井下電力自動(dòng)化應用中具有非常廣闊的應用前景。

5 安科瑞產(chǎn)品介紹

5.1概述

          Acrel-2000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)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開(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)現對變電站多方位的控制和管理，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。

5.2 系統結構

          Acrel-2000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。

圖5電力監控系統組網(wǎng)方式

5.2.1 實(shí)時(shí)監測

   安科瑞Acrel-2000電力監控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，10kV配電系統中監測的開(kāi)關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車(chē)工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預告信號；400V低壓進(jìn)線(xiàn)回路電參量主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；400V低壓出線(xiàn)回路主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警、三相（單相）電流、三相功率。

5.2.2 詳細電參量查詢(xún)

   在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)。

5.2.3運行報表

   查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。

5.2.4 實(shí)時(shí)告警

   安科瑞Acrel-2000電力監控系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統還具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警。

5.2.5 歷史事件查詢(xún)

   安科瑞Acrel-2000電力監控系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(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。

5.2.6 電能統計報表

安科瑞Acrel-2000電力監控系統以豐富的報表體支撐量體系的完整性。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，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。

5.2.7 用戶(hù)權限管理

安科瑞Acrel-2000電力監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.2.8 電能質(zhì)量監測

安科瑞Acrel-2000電力監控系統可以對整個(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。例如配電系統維護人員可以通過(guò)諧波分析界面掌握配電系統的諧波含量，及時(shí)采取相應的措施提高配電系統的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

5.2.9 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。首頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數量、回路個(gè)數、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)可監測各個(gè)回路的線(xiàn)纜溫度、電壓、電流、功率曲線(xiàn)信息。實(shí)時(shí)變壓器曲線(xiàn)可監測變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線(xiàn)信息。接線(xiàn)圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數變化，包括遙測、遙信等信息(遙信信號需要斷路供輔助觸點(diǎn)支持)，刷新的時(shí)間<=5s。能耗統計頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線(xiàn)，電能環(huán)比， 用電排名。運維管理-通信狀態(tài)顯示監測接入系統設備的通信狀態(tài)。

5.2.10 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)。

5.3 相關(guān)產(chǎn)品

6結語(yǔ)

   綜上所述，在馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監控分站和井下無(wú)人值守變電所電力監控系統，該電力監控系統為井下供電安全提供了保護和監控等功能，通過(guò)可靠的信號將井下情況反應到井上，從而使得井上技術(shù)人員能清晰準確地判斷井下供電情況，運行效果良好，有效保證井下供電系統的供電安全和供電可靠性。

參考文獻

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