韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為了解決原有電力監控系統存在的通信混亂、傳感器采集速度慢、數據集中處理能力較差等問(wèn)題，對煤礦電力監控系統進(jìn)行了設計，即對電力系統地面主站調度監控系統、井下電力監控分站和礦用綜合保護測控裝置進(jìn)行了設計，并對其運行原理進(jìn)行了分析，解決了通信混亂、傳感器采集速度慢、數據集中處理能力差等問(wèn)題，為其他煤礦電力監控系統的設計提供了一定的參考，也為煤礦電網(wǎng)的穩定運行做出了一定的貢獻。

關(guān)鍵詞：電力監控；傳感器；綜合保護；監控分站

0引言

中國煤炭資源儲量豐富。伴隨著(zhù)煤炭資源的大量開(kāi)采，開(kāi)采煤炭資源所需要的能源也在逐步增加。電力資源是維持煤礦生產(chǎn)的重要資源，供電性能直接影響著(zhù)煤礦的正常生產(chǎn)。由于煤礦電路負載不穩定、井下環(huán)境惡劣等問(wèn)題，煤礦電力系統極易發(fā)生故障且故障檢修十分復雜，這均使得煤礦電網(wǎng)面臨較大的挑戰。據統計，中國煤礦電力系統主要故障可分為相間斷路、單相接地、斷線(xiàn)等。為了保證煤礦電網(wǎng)運行安全，供電管理部門(mén)需對煤礦供電人員進(jìn)行培訓，同時(shí)對井下自動(dòng)化提出更高的要求[1-2]。目前，中國大部分煤礦均逐步完善了自動(dòng)化系統，煤礦電網(wǎng)的運行穩定性得到了一定幅度的提升。但部分煤礦電力監控系統存在通信混亂、傳感器采集速度慢、數據集中處理能力較差等問(wèn)題，所以提升電力監控系統的運行效率和穩定性是煤礦供電的重要研究課題。此前較多學(xué)者對此進(jìn)行了一定的分析和研究[3-4]，本文在前人的理論基礎上，設計了新型電力監控系統，為煤礦穩定供電做出一定的貢獻。

1.電力監控系統簡(jiǎn)介

電網(wǎng)為煤礦安全生產(chǎn)提供了動(dòng)力，不同于其他工業(yè)生產(chǎn)，需要在煤礦電力系統各個(gè)環(huán)節提升安全系數，在進(jìn)行電力監控系統設計時(shí)，保證監控系統能夠有效地對煤礦電網(wǎng)進(jìn)行監測。一般煤礦電力監控系統主要由3個(gè)部分組成，分別為地面主站調度監控系統、井下電力監控分站、礦用綜合保護測控裝置。每個(gè)變電站的保護裝置與監控系統相連，從而形成整體總線(xiàn)網(wǎng)，同時(shí)各監控測站通過(guò)光纖與地面的監控調度系統連接，形成光纖以太網(wǎng)。

設計的電力監控系統需要滿(mǎn)足電網(wǎng)正常運行的數據匯總需求，包括無(wú)功功率、電壓、電流、有功功率、功率因數等，并且能夠準確判斷負載的用電計量。電力監控系統需要對變電所的運行參數進(jìn)行監測，并將監測數據顯示于控制屏幕，同時(shí)對系統過(guò)載、漏電、斷相、短路等進(jìn)行緊急處理，避免出現因故障而損壞的情況。

2.電力監控系統設計

2.1地面主站調度監控系統設計

地面主站調度監控系統主要由數據服務(wù)器、通信柜、網(wǎng)絡(luò )設備等組成。數據服務(wù)器對系統的運行數據進(jìn)行儲存，便于后期查看；通信服務(wù)器將變電所管理站與數據服務(wù)器間的數據進(jìn)行互換，達到數據信息傳遞的目的。在地面電力監控調度中心配置電力集控軟件，監控主機運行過(guò)程中，備用機與監控主機進(jìn)行數據交換，當監控主機發(fā)生異常時(shí)，備用機及時(shí)代替監控主機，進(jìn)行冗余設置。

2.2井下電力監控分站設計

電力監控分站是井下電網(wǎng)控制的第一關(guān)，是電力監控系統的基礎部分。本文設計的電力監控分站采用KJ519-F型礦用隔爆兼本安型監控站，其可以實(shí)時(shí)管理高爆開(kāi)關(guān)，監控電網(wǎng)運行狀態(tài)。電力監控分站內部有電源模塊、以太網(wǎng)交換機、后備電源等。電力監控分站的工作電壓為AC127V，內部配有2組NI-MHD8500mA12V備用電源，共有4路通信線(xiàn)路，通信傳輸方式有RS485、半雙工、主從3種，*大傳輸距離為1km，傳輸速度為9600bit/s。分站內部控制箱是分站的核心，控制箱內部有繼電器、PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器）、電源、接觸器等，其主要實(shí)現電壓和電流數據的采集。同時(shí)，控制箱內部有PLC，設備能夠實(shí)現控制輸出，控制箱能夠實(shí)時(shí)顯示系統內部監測數據，較好地實(shí)現人機互換。

2.3礦用綜合保護測控裝置設計

對礦用綜合保護測控裝置進(jìn)行設計，首先需要對微機監控保護裝置進(jìn)行設計。微機監控保護裝置選用GWZB-10型微機保護裝置，其主要用于額定電壓3300V和頻率50Hz的電網(wǎng)環(huán)境。微機保護裝置核心為32位單片機，高精度的微型互感器及工業(yè)級的外圍芯片是保護裝置的輔助部分，其具有較高的靈敏度和可靠性，內部同時(shí)匹配多種抗干擾措施，避免信息傳輸過(guò)程中的外部干擾。保護裝置具備自我檢測功能和硬件閉鎖保護功能，通過(guò)不斷地進(jìn)行自我檢測，從而保證設備正常運行，提升監控系統的穩定性。

微機保護裝置內部設計有隔爆遙控器，使用者可以通過(guò)遙控器進(jìn)行遠程系統操作，很大地提升了操作系統的效率。同時(shí)由于利用遙控器控制，可舍棄設備上的按鍵，省去礦井設備的復雜按鍵改造，提高系統改造效率。另外，保護裝置內部通過(guò)設定控制值進(jìn)行控制，控制值可以查詢(xún)和修改。保護裝置定時(shí)對自身運行狀態(tài)進(jìn)行檢查，當發(fā)現設備存在故障時(shí)，能夠定位故障芯片。保護裝置配備有RS-485/RS-232標準通信接口，能夠較好地匹配電力監控系統的接口。

煤礦電網(wǎng)線(xiàn)路較短，阻抗較小，在發(fā)生短路事故時(shí)產(chǎn)生的電流很大，為了保證供電系統穩定運行，設計了防越級跳閘保護系統。防越級跳閘保護系統采用光纖閉鎖信號，對系統線(xiàn)路段進(jìn)行電流閉鎖保護。防越級跳閘系統主要包括智能光纖控制服務(wù)器SU20、礦用智能光纖保護PA61和PA63。PA63防越級跳閘微機保護集控制、通信、測量、防越級等多種功能于一體；智能光纖控制服務(wù)器SU20主要用于收集閉鎖信號，收集信號后對信號進(jìn)行統一匯總，后轉發(fā)至上級電路。

3.安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

3.1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、用電的安全運行和全面管理。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。

3.2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。

3.3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、用電設分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

3.4系統功能

（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。

（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。

（3）曲線(xiàn)查詢(xún)：可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

（4）運行報表：查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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.結語(yǔ)

基于前人研究，設計了煤礦電力監控系統。根據煤礦的實(shí)際供電需求及電網(wǎng)工作性能分析，對電力監控系統的地面主站調度監控系統、井下電力監控分站和礦用綜合保護測控裝置進(jìn)行了設計，并對這三大模塊的運行流程及運行原理進(jìn)行了深入分析，可以為煤礦電網(wǎng)的安全運行提供一定的參考與借鑒。

參考文獻

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［5］劉波.煤礦電力監控系統設計研究.

［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，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，銷(xiāo)售工程師，主要負責電力監控系統的研發(fā)、應用。