淺談煤礦井下電力監控系統的改造研究

摘要：當前我國很多煤礦企業(yè)在市場(chǎng)環(huán)境中發(fā)展越來(lái)越困難，同時(shí)隨著(zhù)煤礦企業(yè)運作成本的不斷提高，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)都很難在復雜的市場(chǎng)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控系統改造。

關(guān)鍵詞：電力監控系統;煤礦井下;改造;

隨著(zhù)科技進(jìn)步，以及煤礦企業(yè)的安全改造及現代化建設進(jìn)程的不斷深入和發(fā)展，建設“五優(yōu)"礦井，創(chuàng )建數字化礦山，已在國內煤炭行業(yè)悄然展開(kāi)，為保證礦井生產(chǎn)調度的可靠性，增設礦井電力保護監控系統，以實(shí)現全礦電力調度管理的規范化、科學(xué)運作，在當前的環(huán)境狀況下，顯得尤為重要。

1. 概述

1.1、礦區電力系統不能全覆蓋監控

初期電力自動(dòng)化監控裝置設計時(shí)，井下和地面變電所的高壓開(kāi)關(guān)大部分采取了更換保護裝置或者通信裝置的方式才基本實(shí)現了電氣信號監測和部分高開(kāi)的遙控操作功能，在礦區內還有很多新建變電所和改造后的變電所因為通信不兼容不能實(shí)現監控，還有一些地面重要負荷（如瓦斯抽放站、立井風(fēng)機房、壓風(fēng)機房等）受早期資金和技術(shù)限制也不能將數據上傳至電力監控系統，還需要人員24小時(shí)值守，隨時(shí)準備倒閘操作和日常運行巡視。

1.2、裝置通信容量不足

煤礦在后續的發(fā)展過(guò)程中先后新增加了2個(gè)采區供電和2個(gè)地面變電所供電，原有的電力自動(dòng)化監控裝置預留備用的通信接口就不足支撐接入多余設備；同時(shí)原有的監控系統主要采用電纜通信，在通信速率上最大為100兆/秒，加之所監控的設備數量眾多，在實(shí)際運行環(huán)境中還受到大型設備電磁干擾，頻繁出現通信卡頓現象。

1.3、監控裝置所監控電氣參數有限

當井下發(fā)生開(kāi)關(guān)短路跳閘故障后，調度監控人員不能夠快速知道井下配電室高壓設備情況以及保護所報的故障信息，對技術(shù)人員排除故障，快速分析事故，以及高壓設備自我檢測等功能。

1. 煤礦井下電力監控系統組成分析

2.1、系統硬件組成

系統硬件主要由以下幾部分組成:電力監控分站、高壓配電裝置、低壓組合開(kāi)關(guān)、智能保護控制器、防雷器、防爆交換機、工控機、打印機、UPS電源、配件。

電力監控分站的作用主要有三部分：采集數據、顯示控制、通信傳輸。具體來(lái)說(shuō)就是:電力監控分站采集高壓饋電開(kāi)關(guān)內置的綜保信息，在就地的觸摸屏上顯示出來(lái)，然后再接入煤礦網(wǎng)絡(luò )，上傳到地面，接收工控機的控制信號，控制高壓饋電開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

電力監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(pán)、通信管理機、光端機或光電轉換模塊(至少兩光兩電)。

2.2、供電監控系統

供電監控系統主要用于煤礦供電系統和運轉設備的監測、控制、管理和安全保護等方面，實(shí)現供電系統和設備的在線(xiàn)參數監測、遠程操作控制、實(shí)時(shí)事故報警、數據統計分析、運行安全保護、用電計量管理等監控管理功能;提供遙測、遙信、遙調、遙控、遙視、遙播、遙訊、遙試“八遙操控"、事故報警、保護、定位和事故快速解決的手段，具有解決供電系統越級跳閘、電壓波動(dòng)跳閘、漏電接地選線(xiàn)、突發(fā)停電事故恢復、負荷控制等電力運行難題的實(shí)用方案，系統的高精度計量監測、專(zhuān)業(yè)圖表分析工具、錄波分析工具和智能專(zhuān)家系統，是加強供電管理、減少事故、降低損耗、節約電能、提高運行效率和管理水平的最新現代化工具，運用系統網(wǎng)絡(luò )遠程操作控制和智能程控技術(shù)，實(shí)現煤礦供電系統和生產(chǎn)設備的全面自動(dòng)化無(wú)人值守智能監控管理。

電力監控系統建立在1 000 M冗余工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、高速專(zhuān)用電力監控現場(chǎng)總線(xiàn)、CAN/ＲS485工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)通信構成的多層分布式煤礦寬帶工業(yè)網(wǎng)絡(luò )平臺上，配有各種電力監控應用軟件，是集監控、顯示、保護、控制、采集等多種功能的監控系統，根據需要可在不同網(wǎng)絡(luò )層接入不同通訊接口的各種監控裝置和各種設備、環(huán)境監控系統，兼容各種接口設備。同時(shí)提供標準數據接口，實(shí)現與礦井自動(dòng)化信息平臺無(wú)縫連接，為信息平臺提供供電數據，實(shí)現一體化的全礦井安全生產(chǎn)監控和自動(dòng)化、信息化系統。

系統將供電系統監控、變電所環(huán)境監控及IP、IP廣播、視頻等多源異質(zhì)數據有機融合，實(shí)現電力監控、視頻、語(yǔ)音、廣播聯(lián)動(dòng)，建立了一套綜合性多媒體數字化電力監控管理系統，監控的內容和范圍更寬、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)現更加可靠的遠程管理和操控。

1. 煤礦井下電力監控系統改造

3.1、電力監控系統監控主站升級

在礦井調度室電力監控中心更換安裝了6臺工業(yè)級監控服務(wù)器，4臺工業(yè)級電力監控上位機，為了防止在今后使用過(guò)程中減少電腦病毒入侵的可能性，保障監控系統軟件系統上的運行安全可靠，采用了linux中文版操作系統，同時(shí)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套獨立無(wú)間斷電源系統、1套綜合信息發(fā)布系統。

3.2、電力監控系統監控分站優(yōu)化

在井下和地面的各個(gè)變電所的電力監控系統分站的改造上，在每個(gè)變電所數據傳輸分站裝置內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，直接將保護接入光纖交換機進(jìn)行通信，將原來(lái)監控系統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、數據延遲等情況，并且在各分站之間實(shí)現了環(huán)網(wǎng)。在保障監控分站供電電源上使用了KDW0.3/660A型雙回路無(wú)間斷電源裝置，確保在全礦井失電等情況下的監控系統正常運行。

3.3、自動(dòng)化控制系統的內部功能設計

在進(jìn)行電力監控系統設計的時(shí)候，應該關(guān)注系統的功能模塊設計，能夠實(shí)現相應的功能。1）系統應該具有井下電力系統的四遙功能，同時(shí)可以快速定位故障發(fā)生節點(diǎn)、故障類(lèi)型、故障信息記錄等內容。2）系統應該能夠實(shí)現各個(gè)保護裝置與設備的聯(lián)網(wǎng)運作，同時(shí)結合不同設備的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行參數保護與控制，實(shí)現對各個(gè)設備的自動(dòng)化控制，并實(shí)現對電力設備的在線(xiàn)監測等功能。3）系統應該能夠對各個(gè)電力設備的運作現狀進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并能夠出具各類(lèi)數據信息的歷史曲線(xiàn)與圖表數據，使這部分的內容更加直觀(guān)。而在這類(lèi)數據信息的權限設置上，應該根據用戶(hù)類(lèi)型的不同進(jìn)行分級用戶(hù)共享。第四，系統還應該能夠使用紅外線(xiàn)來(lái)對各個(gè)保護器的參數進(jìn)行綜合調整，同時(shí)供電設備也應該實(shí)現不停機運作，能夠較好地契合井下惡劣環(huán)境，實(shí)現各個(gè)設備的正常運作。第五，應該做好系統界面設計，提供相對和諧的人際互動(dòng)界面，同時(shí)能夠自由切換各個(gè)子系統以及其他模塊，顯著(zhù)提高系統的運作效果。

3.4、電力監控系統單元節點(diǎn)改造

每一個(gè)高爆開(kāi)關(guān)都增加了DMP-5102B型智能終端，智能終端能夠就地采集開(kāi)關(guān)的位置信息、電氣信號量以及溫度信息，同時(shí)還能夠與綜保裝置進(jìn)行通信將綜保的保護動(dòng)作事件信息打包以光纖傳輸的方式傳至監控分站。

3.5、遠程遙控、遙測和視頻聯(lián)動(dòng)應用

新增加的智能終端能夠就地采集電氣數據的同時(shí)，把各個(gè)開(kāi)關(guān)斷路器的控制回路也接入各個(gè)智能終端，這樣操作人員就能夠在調度室遠程控制各個(gè)變電所開(kāi)關(guān)的斷路器分合閘，同時(shí)在各個(gè)變電所安裝了?？低暤淖詣?dòng)跟蹤球型攝像頭，在遠程操作時(shí)將攝像頭對準開(kāi)關(guān)，觀(guān)察遠程操作時(shí)開(kāi)關(guān)的變位情況和運行情況，同時(shí)還能對人員現場(chǎng)操作時(shí)的情況進(jìn)行監督和遠程監護。

1. 安科瑞電力監控系統產(chǎn)品介紹與選型

4.1概述

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)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。

4.2應用場(chǎng)所

辦公建筑（商務(wù)辦公、國家機關(guān)辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）

科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）

交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）

廠(chǎng)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系統結構

Acrel-2000Z電力監控系統釆用分層分布式設計，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設備選型

應用場(chǎng)合

型號

保護功能

系統解決方案

10kV

分配電所

進(jìn)饋線(xiàn)/廠(chǎng)用變

PT監測

AM4-I

AM4-U

三段式定時(shí)限過(guò)流保護、反時(shí)限過(guò)流保護、零序過(guò)流保護、零序過(guò)壓保護、非電量保

護、低電壓保護、過(guò)電壓保護、過(guò)負荷保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波

低電壓警告、PT斷線(xiàn)告警、過(guò)電壓告警、零序過(guò)壓告警

1. 結束語(yǔ)

總之，此次煤礦電力自動(dòng)化監控系統的升級改造實(shí)現了井下變電所的無(wú)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(dòng)化水平，對煤礦供電系統的集中化、安全化提供了平臺支撐。

參考文獻

1. 周耀.煤礦井下電力監控系統改造研究.

2. 趙大磊.煤礦井下電力監控系統的應用研究[J].

3. 安科瑞電力監控與保護類(lèi)產(chǎn)品選型手冊,2022.07.

4. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊，2022.05.