【應(yīng)用案例】電力監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦里的應(yīng)用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

      隨著煤礦機(jī)械化和自動(dòng)化程度的不斷提高，為保證各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行，對安全供電的依賴性更強(qiáng)。由于煤礦井下供電設(shè)備的故障，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來更大的安全事故，因此，煤礦供配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和合理性就顯得十分重要。盡管近年來煤礦供電管理部門在改進(jìn)井下配電裝備、應(yīng)用新技術(shù)成果的同時(shí)，不斷強(qiáng)化人員素質(zhì)的管理，使煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性得到了提高，但由于人為因素造成的供電事故時(shí)有發(fā)生，影響了煤礦的安全生產(chǎn)。另外，供電部門每天用于值班和線路維護(hù)的工作人員較多，勞動(dòng)生產(chǎn)率較低。因而，對井下供電系統(tǒng)實(shí)施微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控以及實(shí)現(xiàn)變電所無人值守就顯得十分迫切。就目前的煤礦供電系統(tǒng)而言，雖然微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)也得到了應(yīng)用，但主要是針對地面供電系統(tǒng)，用于井下的微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控裝置還不多，大部分是在防爆開關(guān)中設(shè)置漏電保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、斷相保護(hù)等保護(hù)功能,釆區(qū)內(nèi)配電設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能較弱。

     實(shí)現(xiàn)井下變電所無人值守，就是要實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)"四遙功能和各種保護(hù)功能以及遙視功能：能檢測釆區(qū)變電所每次出線的電流、電壓、功率、因數(shù)、開關(guān)內(nèi)溫度等模擬量;檢測開關(guān)的位置狀態(tài)及實(shí)驗(yàn)按鈕狀態(tài)；能對開關(guān)進(jìn)行正常分、合閘操作；能在上位機(jī)對饋電開關(guān)進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作值整定。隨著井下無人值守變電所推廣面的擴(kuò)大，由于井下供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,釆區(qū)變電所和工作面配電點(diǎn)供電服務(wù)對象主要是采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸以及排水等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，供電負(fù)荷種類繁多、區(qū)域分布廣、負(fù)荷工作場所地質(zhì)條件復(fù)雜，且存在著瓦斯、煤塵、水等有害介質(zhì)，影響供電系統(tǒng)運(yùn)行的不確定因素也較多，有可能存在安全隱患，所以裝備安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、功能更為完善的煤礦安全供電系統(tǒng)是非常必要的。KJ36A型煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)是針對煤礦供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用地面電力自動(dòng)化系統(tǒng)的*新技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等開發(fā)的新一代煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，可對煤礦地面和井下10kV及以下供電系統(tǒng)實(shí)施一*化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)礦井變電所的無人值守。該系統(tǒng)為礦井電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了現(xiàn)代化的管理手段。

1.KJ36A型煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1綜合監(jiān)控信息管理層

     本系統(tǒng)根據(jù)用戶的不同要求，在地面建立面向全礦的計(jì)算機(jī)監(jiān)控信息管理網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)具有對圖形、語音、數(shù)據(jù)和文字等多媒體的存儲(chǔ)傳輸和交互作用等處理能力。系統(tǒng)平臺(tái)基于Windows操作系統(tǒng)，以VC卄為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)以多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)管理SCADA系統(tǒng)平臺(tái)及平臺(tái)上的應(yīng)用，并調(diào)整運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)和功能。系統(tǒng)采用功能和數(shù)據(jù)復(fù)制型冗余策略，運(yùn)行不同計(jì)算機(jī)或同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的多個(gè)進(jìn)程，通過相互之間的信息交換，由多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

    SCADA系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了礦井電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化、變電站(變電所)自動(dòng)化的應(yīng)用，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理、歷史數(shù)據(jù)庫管理、畫面制作及顯示、報(bào)表制作及打印、告警判別及發(fā)布、數(shù)據(jù)處理及時(shí)鐘系統(tǒng)等豐富的功能。該平臺(tái)還包括了諸如網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)及任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)系統(tǒng)，除了關(guān)鍵的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和圖形技術(shù)外，還包括了一些常用的工具軟件，這些工具軟件對系統(tǒng)的使用很有幫助。SCADA系統(tǒng)平臺(tái)的功能主要有：

1. 可實(shí)現(xiàn)地面變電所的監(jiān)控及井下中*變電所、采區(qū)變電所及各配電點(diǎn)的電力監(jiān)控；

2. 視頻圖象網(wǎng)上壓縮傳輸，在各個(gè)工作站既能看到所有數(shù)據(jù)信息，又能同時(shí)觀察到每個(gè)攝像點(diǎn)的信號(hào)；

3. 對外接口豐富，與其它系統(tǒng)匯接方便，除主流的OPC_Server方式夕卜，同時(shí)還保留了DDE、ODBC等方式；

4. 實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)"四遙功能和各種保護(hù)功能以及遙視功能；

5. 所有信息在工作站上都可用瀏覽器瀏覽，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的傳輸和故障診斷功能。

1.2信息處理與監(jiān)控層

信息處理與監(jiān)控層以監(jiān)測和控制中產(chǎn)生的信息為來源，通過網(wǎng)絡(luò)直接參與對各開關(guān)的操作及相關(guān)環(huán)節(jié)之間的調(diào)度協(xié)調(diào)。

（1）主干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式

（2）網(wǎng)絡(luò)控制層

（3）網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的選型

（4）網(wǎng)絡(luò)冗余方式

（5）光纖傳輸

1.2數(shù)據(jù)釆集設(shè)備

（1）電力監(jiān)控主站

KJF88和KJF99電力監(jiān)控主站作為井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，具有數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程控制、圖象顯示及網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信等功能。電力監(jiān)控主站以嵌入式工控機(jī)為核心部件，基于WinCE操作系統(tǒng)，具有紅外人機(jī)對話接口，可同時(shí)釆集32路開關(guān)信息，有數(shù)據(jù)釆集處理能力和豐富的圖形操作工具，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性；配有接入2路視頻的嵌入式視頻服務(wù)器，將釆集的圖形以MPEG4格式通過以太網(wǎng)上傳，配合數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)變電所的無人職守。電力監(jiān)控站的主要功能有：嵌入式計(jì)算機(jī)、液晶觸摸屏，紅外遙控；友好的人機(jī)界面，全漢化分層菜單式操作；以太網(wǎng)絡(luò)、CAN總線、485總線等各種接口；內(nèi)置交換機(jī)，獨(dú)立連成光纖以太網(wǎng)；數(shù)據(jù)、視頻和語音傳輸；®故障錄波，統(tǒng)一對時(shí)；內(nèi)置后備電源，為設(shè)備提供不小于4h的供電能力；監(jiān)測控制保護(hù)功能獨(dú)立，不依賴于通信網(wǎng)；友好靈活的組態(tài)平臺(tái)。KJA9安全隔離器采用光電隔離技術(shù)，隔爆開關(guān)智能綜合保護(hù)單元的通信信號(hào)通過安全隔離器接入電力監(jiān)控主站，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備非本安RS485信號(hào)轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)距離傳輸本安RS485信號(hào)，以確保電氣性能的安全。

1.3現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層主要包括直接針對供電設(shè)備的高、低壓開關(guān)的智能綜合保護(hù)器、電力參數(shù)變送器、監(jiān)測裝置等。

（1）智能綜合保護(hù)器

CZB1系列智能綜合保護(hù)器適用于煤礦井下電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，可對高爆開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，及時(shí)將設(shè)備的電氣參數(shù)信息、設(shè)備工況以及故障信息及故障錄波數(shù)據(jù)通過電力監(jiān)控主站發(fā)送到地面調(diào)度中心，同時(shí)也能夠接收地面調(diào)度主站發(fā)出的遙控、定值設(shè)定和信號(hào)復(fù)歸等命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作功能。智能綜合保護(hù)器的特點(diǎn)：集保護(hù)、遙測、遙信、遙控及電量的積分累計(jì)功能于一體；以工業(yè)級(jí)DSP為主體，性能穩(wěn)定、可靠。釆用表貼芯片、多重光電隔離、軟、硬件濾波、看門狗電路等技術(shù)，從硬件到軟件的設(shè)計(jì)都充分考慮了保護(hù)器的抗干擾能力；每周波24點(diǎn)釆樣，采用快速傅里葉算法，具有很高的保護(hù)和測量精度；大容量的高速存儲(chǔ)器用于保存保護(hù)定值和保護(hù)器動(dòng)作事件,存儲(chǔ)故障錄波數(shù)據(jù)；大屏幕液晶顯示信息，紅外遙控，菜單操作、調(diào)試方便；后備電源能夠可靠運(yùn)行2h以上，實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳和就地顯示功能；實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示功能，能就地修改和遠(yuǎn)方自動(dòng)校時(shí)；RS485或CAN總線網(wǎng)絡(luò)，可直接與微機(jī)監(jiān)控或保護(hù)管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信；故障事件追憶、長期記憶保護(hù)動(dòng)作跳閘原因、故障動(dòng)作時(shí)刻、故障動(dòng)作值。多用途、高智能化的電力參數(shù)變送器.在一些煤礦井下變電所及各配電點(diǎn)可能還有許多老開關(guān)無電信號(hào)輸出。以高性能單片機(jī)為核心的KGD4B型電力參數(shù)變送器具有體積小、安裝方便等特點(diǎn)，可以直接安裝在開關(guān)內(nèi)，有遙測、遙信和遙控等多種功能，可以直接釆集及顯示各類電參數(shù)，并具有事件順序記錄和實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步功能，特別適合井下采區(qū)變電所等場合老開關(guān)的改造使用。同時(shí)還可以直接與中心站主機(jī)通信，將電力參數(shù)變送器送來的信息經(jīng)安全隔離器隔離后，送到地面主機(jī)。

（2）系統(tǒng)主要功能與特點(diǎn)

可監(jiān)測電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電量、開關(guān)合/分閘狀態(tài)等電力參數(shù)。具有過載、短路、斷相、漏電、絕緣監(jiān)視等綜合保護(hù)功能。可在地面主機(jī)上對井下智能隔爆開關(guān)進(jìn)行分/合閘控制、定值整定、故障診斷等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示報(bào)警事件記錄，具有不同的告警權(quán)限和告警方式。電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)記錄繼電保護(hù)、控制裝置和斷路器動(dòng)作的時(shí)間和狀態(tài),實(shí)現(xiàn)圖表、曲線、事故追憶的數(shù)據(jù)釆樣和保存功能。豐富的圖形編輯及顯示功能，在畫面上可以根據(jù)設(shè)備的具體情況直接控制設(shè)備，對保護(hù)設(shè)備進(jìn)行查詢、調(diào)整和復(fù)歸操作等。具有報(bào)表制作、顯示、打印功能，可統(tǒng)計(jì)和計(jì)算數(shù)據(jù)。提供GPRS時(shí)鐘或計(jì)算機(jī)時(shí)鐘對時(shí)，包括對監(jiān)控站、微機(jī)保護(hù)裝置等的統(tǒng)一對時(shí)，便于判斷電網(wǎng)開關(guān)越級(jí)跳閘等故障,并具有故障錄波分析功能。使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，通過局域網(wǎng)或撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存功能，包括畫面、報(bào)表、系統(tǒng)運(yùn)行信息的査看。系統(tǒng)接口、協(xié)議豐富，易于異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通集成，實(shí)現(xiàn)與全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的無縫連接。系統(tǒng)擴(kuò)展性好，本系統(tǒng)以變電所為單位，變電所的增加只需將數(shù)據(jù)通道接入主傳輸通道。通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷、復(fù)制更改用戶系統(tǒng)的配置文件和系統(tǒng)數(shù)據(jù)等功能。

2.安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

2.1概述

針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級(jí)），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對變電站全*位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

2.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

2.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

2.4系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

（2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。

（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

（4）運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

（5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢：對事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

（7）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。

（8）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

（9）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（10）電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。

（11）遙控功能：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過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(wěn)態(tài)信息。

（14）Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

（15）APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

2.5系統(tǒng)硬件配置

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。