淺談基於以太網的煤礦電力監控係統的設計與應用

簡婷

开云体育手机下载教程   上海嘉定   201801

摘  要：針對傳(chuan) 統煤礦電力監控係統通訊網絡性能較差、無法實現準確故障定位及報警、不具備數據交互功能等問題，結合分布式網絡及GPS授時技術設計了一套基於(yu) 工業(ye) 以太網及RS485總線架構的煤礦電力監控係統，可實現對井下供電網絡及設備的遠程監控、故障定位報警及各類開關(guan) 保護動作的遠程操作，從(cong) 而實現井下供配電的無人值守，有效降低煤礦電網事故發生率，提高井下電網的供電質量及可靠性。 

關(guan) 鍵詞：煤礦；電力監控係統；工業(ye) 以太網；RS485

0 引言

       煤礦供配電係統是維持整個(ge) 煤礦采掘、運輸、通 風、排水等重要電氣設備正常工作及提供日常照明等用電的重要支撐,其運行可靠性及穩定性是煤礦安全高效生產(chan) 的重要技術保障。由於(yu) 煤礦供配電係統時常會(hui) 出現負荷波動劇烈、無計劃停電、越級跳閘及故障排查困難等問題，因此容易引發瓦斯、煤塵爆炸等嚴(yan) 重安全事故。為(wei) 了有效減少煤礦事故發生概率，提高煤礦供配電綜合管理水平及效率，需對煤礦供配電係統采用一體(ti) 化實時監控方案，進而更好地實現煤礦各變電所的無人值守功能。

       本文針對35 kV及以下變電站安全監控開發研製了煤礦電力監控係統，對該煤礦現有的電力監控係統進行升級改造，主要內(nei) 容包括地麵電力調控中心優(you) 化設計及地麵35 kV變電所.1360水平井下變電所、1100水平井下變電所優(you) 化設計，采用以太環網及RS485對通訊係統進行重新架構，並對井下變電所內(nei) 的監控分站和高低壓開關(guan) 綜保裝置等重要設備進行智能化升級，從(cong) 而建立了一套技術先進、功能完整、易於(yu) 管理的煤礦井下電力監控係統。 

1 煤礦電力監控係統總體(ti) 方案設計

1. 1 煤礦電力監控係統架構

       本監控係統主要由三部分構成，分別為(wei) 地麵監控主站、電力監控分站及綜合保護單元，係統整體(ti) 結構如圖1所示。地麵監控主站主要由兩(liang) 台監控計算機、打印機、交換機和UPS電源等設備組成，用於(yu) 井下供電運行數據的實時顯示及高開綜保裝置遠程操作等指令的下達，其中監控主站采用雙機熱備份方式，保證係統可靠性電力監控分站用於(yu) 井下各供電設備運行數據的采集、處理與(yu) 轉發，其中高低壓開關(guan) 綜合保護裝置的通訊信號作為(wei) 一組共同接入監控分站。係統的通訊平台架構采用工業(ye) 以太環網加現場總線的組合通訊方式,井下各變電所內(nei) 電氣設備的運行狀態參數由井下電力監控分站通過RS485總線通訊方式及協議轉換進行采集，實現數據的就地集中監測。同時監控分站通過光纖以太環網與(yu) 監控主站實現數據交互， 將各運行數據集中上傳(chuan) 至監控主站。 

1.2 GPS對時子係統

       為(wei) 保證全係統運行顯示時間準確一致，在原係統基礎上設計了 GPS對時子係統,通過地麵調控中心加裝的GPS對時裝置從(cong) GPS衛星獲取標準時間信號， 並將該時間信號通過各類接口實時傳(chuan) 輸至監控主機、 綜保裝置、故障錄波器、遠程RTU等需要時間信息的主要通訊設備，從(cong) 而使整個(ge) 係統的運行時間達到同步。

1.3 數字視頻錄像子係統

       本文設計了數字視頻錄像子係統用於(yu) 加強對井下各變電所及供電設備的實時監控，通過在電力係統平台中加裝的網絡硬盤錄像機和現場的固定式及雲(yun) 台攝像頭對井下所有供電場所及設備進行實時數字視頻采集。同時配置大容量硬盤將所有錄像數據進行實時存儲(chu) ，存儲(chu) 時間不低於(yu) 一個(ge) 月。

2 硬件方案設計

       本監控係統硬件設計方案主要分為(wei) 地麵調控中心硬件設計及井下供電監控硬件設計。其中地麵調控中心硬件除原係統具備的數據服務器、監控計算機、UPS電源外，還包括GPS對時子係統及數字視頻錄像子係統中的GPS對時器、網絡硬盤錄像機等設備。井下硬件設計方案主要包括各井下監控分站及高低壓開關(guan) 綜保裝置的升級改造，從(cong) 而實現係統的不間斷運行及防越級功能。 

       本文采用GPS對時裝置實現全係統運行時間的實時校準同步。數字視頻錄像子係統中的硬盤錄像機可保證錄像子係統可靠運行。井下監控分站是實現井下數據上傳(chuan) 及監控主站控製指令執行的重要設備，滿足本係統數據傳(chuan) 輸及采集需求。 由於(yu) 井下高壓電網大多數供電線路較短，線路阻抗小,且運行方式差異較大，在發生短路故障時容易發生越級跳閘，嚴(yan) 重影響煤礦安全生產(chan) 。因此，本文對原係統井下高低壓開關(guan) 綜合保護裝置進行改造，將其更換為(wei) 具有防越級跳閘功能的智能保護器，並增設遠近控模塊實現井下分合閘智能控製。

       本係統對井下高壓開關(guan) 及低壓饋電開關(guan) 進行保護，除了具備常規保護裝置的功能外，還可通過係統級聯及網絡組網與(yu) 地麵保護形成實時防越級跳閘網絡。 

       係統在井下所有高壓開關(guan) 、低壓饋電及照明綜保等受控設備進行遠近控改造，從(cong) 開關(guan) 引出的線纜接入井下監控分站，監控分站通過控製中間繼電器實現遠近控，係統改造線路如圖所示。通過該遠近控改造後係統可在任意時刻分閘，而合閘需在遠近控狀態下進行，從(cong) 而保證安全檢修。

3 軟件方案設計

       煤礦電力監控平台主要功能包括數據采集、數據統計計算、遠程控製調節及數據管理等，其中係統及線路的負荷率統計可根據采集數據對風機、中央變電所等位置的電壓、電流等主要電參數進行實時曲線繪製，可從(cong) 地麵調控中心更直觀監測係統各個(ge) 部分的運行狀態。

在常規報警功能基礎上，係統還添加了時間順序記錄功能，當井下供電設備發生故障並報警後，係統可自動按時間順序記錄繼保裝置及斷路器開斷的時間並上傳(chuan) 至數據服務器用於(yu) 後續事故分析。時間順序記錄.

4 安科瑞Acrel-2000Z電力監控係統解決(jue) 方案

4.1概述

       針對用戶變電站（一般為(wei) 35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關(guan) 櫃綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chan) 品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監控係統，實現了變電、配電、用電的安全運行和管理。監控範圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

       Acrel-2000Z電力監控係統是开云体育手机下载教程根據電力係統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理係統。該係統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳(chuan) 輸技術，集保護、監測、控製、通信等功能於(yu) 一體(ti) 的開放式、網絡化、單元化、組態化的係統，適用於(yu) 35kV及以下電壓等級的城網、農(nong) 網變電站和用戶變電站，可實現對變電站控製和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為(wei) 變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

4.2應用場所

       適用於(yu) 軌道交通，工業(ye) ，建築，學校，商業(ye) 綜合體(ti) 等35kV及以下用戶端供配電自動化係統工程設計、施工和運行維護。

4.3係統架構

       Acrel-2000Z電力監控係統采用分層分布式設計，可分為(wei) 三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為(wei) 標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地麵積等多方麵的信息綜合考慮組網方式。

4.4係統功能

4.4.1 實時監測：直觀顯示配電網的運行狀態，實時監測各回路電參數信息，動態監視各配電回路有關(guan) 故障、告警等信號。

4.4.2 電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

4.4.3 曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

4.4.4 運行報表：查詢各回路或設備時間的運行參數。

4.4.5 實時告警：具有實時告警功能，係統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。

4.4.6 曆史事件查詢：對事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

4.4.7 電能統計報表：係統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各配電節點的用電情況。

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

4.4.9 網絡拓撲圖：支持實時監視並診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構。

4.4.10 電能質量監測：可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。

4.4.11 遙控功能：可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。

4.4.12 故障錄波：可在係統發生故障時，自動準確地記錄故障前、後過程的各種電氣量的變化情況。

4.4.13 事故追憶：可自動記錄事故時刻前後一段時間的所有實時穩態信息。

4.4.14 Web訪問：展示頁麵顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息，設備通信狀態，用電分析和事件記錄。

4.4.15 APP訪問：設備數據頁麵顯示各設備的電參量數據以及曲線。

4.5係統硬件配置

5 結束語 

       本文為(wei) 適應煤礦供電安全監控要求，基於(yu) 工業(ye) 以太網及現場總線通訊技術設計了一套監測參數、數據交互性強的智能煤礦電力監控係統，並增加了 GPS實時授時、數字視頻錄像及防越級跳閘等功能,可實現煤礦供電設備及網絡運行狀態的實時監測與(yu) 調控，保證煤礦供電係統安全穩定運行。 

參考文獻：

[1]成澤軍(jun) .基於(yu) 工業(ye) 以太網的煤礦電力監控係統設計

[2]張翠雲(yun) ，王福忠.基於(yu) RS-485總線的煤礦井下供電遠程監控係統[J].礦山機械,2007(5):120-121.

[3] 鄭效田，鄭豐(feng) 隆，趙西紅，等.基於(yu) Web技術的煤礦井下供電電網實時監控係統[J].工礦自動化,2004(6):39-40.

[4] 安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版本 

作者簡介：

簡婷，女，开云体育手机下载教程，主要從(cong) 事電力監控係統的研發與(yu) 應用。