摘要：為解決原電力監(jiān)控系統(tǒng)通信混亂、傳感器采集速度慢、數(shù)據(jù)集中處理能力差，設(shè)計(jì)煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、地下電力監(jiān)控站、礦山綜合保護(hù)測控裝置，分析其運(yùn)行原理，解決通信混亂、傳感器采集速度慢、數(shù)據(jù)集中處理能力差，為其他煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的參考，也為煤礦電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行做出了一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控；傳感器；綜合保護(hù)；監(jiān)控分站

引言

我國煤炭資源儲量豐富。隨著煤炭資源的大量開采，煤炭資源開采所需的能源也在逐漸增加。電力資源是維持煤礦生產(chǎn)的重要資源，供電性能直接影響煤礦的正常生產(chǎn)。由于煤礦電路負(fù)荷不穩(wěn)定，地下環(huán)境惡劣，煤礦電力系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，故障維護(hù)非常復(fù)雜，使煤礦電網(wǎng)面臨巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國煤礦電力系統(tǒng)的主要故障可分為相間斷路、單相接地、斷線等。為確保煤礦電網(wǎng)運(yùn)行安全，供電管理部門需要對煤礦供電人員進(jìn)行培訓(xùn)，對地下自動(dòng)化提出更高的要求[1-2]。目前，我國大部分煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)逐步完善，煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了一定程度的提高。但部分煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)存在通信混亂、傳感器采集速度慢、數(shù)據(jù)集中處理能力差等問題。因此，提高電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性是煤礦供電的重要研究課題。在此之前，許多學(xué)者對此進(jìn)行了一定的分析和研究[3-4]。本文根據(jù)前人的理論，設(shè)計(jì)了新的電力監(jiān)控系統(tǒng)，為煤礦的穩(wěn)定供電做出了一定的貢獻(xiàn)。

1電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介

電網(wǎng)為煤礦的安全生產(chǎn)提供了動(dòng)力。與其他工業(yè)生產(chǎn)不同，需要在煤礦電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)提高安全系數(shù)。在設(shè)計(jì)電力監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地監(jiān)控煤礦電網(wǎng)。一般煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、地下電力監(jiān)控分站、礦用綜合保護(hù)測控裝置三部分組成。各變電站的保護(hù)裝置與監(jiān)控系統(tǒng)相連，形成整個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，各監(jiān)控站通過光纖與地面監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)連接，形成光纖以太網(wǎng)。

設(shè)計(jì)的電力監(jiān)控系統(tǒng)需要滿足電網(wǎng)正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)匯總要求，包括無功功率、電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等，并能準(zhǔn)確判斷負(fù)載的用電量。電力監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)控變電站的運(yùn)行參數(shù)，并在控制屏幕上顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)對系統(tǒng)過載、漏電、斷相、短路等進(jìn)行緊急處理，避免故障損壞。

2電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信柜、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，便于后期查看；通信服務(wù)器交換變電站管理站與數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)，達(dá)到數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)哪康?。地面電力監(jiān)控調(diào)度中心配備電力集控軟件。在監(jiān)控主機(jī)運(yùn)行過程中，備用機(jī)與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)監(jiān)控主機(jī)異常時(shí)，備用機(jī)及時(shí)更換監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行冗余設(shè)置。

2.2井下電力監(jiān)控分站設(shè)計(jì)

電力監(jiān)控分站是地下電網(wǎng)控制的第一關(guān)，是電力監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分。本文設(shè)計(jì)的電力監(jiān)控分站采用KJ519-F礦用隔爆和本安監(jiān)控站，可實(shí)時(shí)管理高爆開關(guān)，監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。電力監(jiān)控分站內(nèi)有電源模塊、以太網(wǎng)交換機(jī)、后備電源等。電力監(jiān)控分站的工作電壓為AC127V，配備2組NI-MHD8500mA12V備用電源，共有4條通信線路，通信方式為RS485、半雙工，主從3種，*大傳輸距離為1公里，傳輸速度為9600bit/s。分站內(nèi)控制箱是分站的核心，控制箱內(nèi)有繼電器、PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器)、電源、接觸器等，主要實(shí)現(xiàn)電壓和電流數(shù)據(jù)的采集。同時(shí)，控制箱內(nèi)有PLC，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)控制輸出，控制箱可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換。

2.3礦用綜合保護(hù)測控裝置設(shè)計(jì)

要設(shè)計(jì)礦用綜合保護(hù)測控裝置，首先要設(shè)計(jì)微機(jī)監(jiān)控保護(hù)裝置。微機(jī)監(jiān)控保護(hù)裝置采用GWZB-10微機(jī)保護(hù)裝置，主要用于額定電壓3300V、頻率50Hz的電網(wǎng)環(huán)境。微機(jī)保護(hù)裝置的核心是32臺單片機(jī)。高精度微互感器和工業(yè)級外圍芯片是保護(hù)裝置的輔助部分。它們具有很高的靈敏度和可靠性。它們還配備了各種內(nèi)部抗干擾措施，以避免信息傳輸過程中的外部干擾。保護(hù)裝置具有自檢功能和硬件閉鎖保護(hù)功能。通過不斷的自檢，可以保證設(shè)備的正常運(yùn)行，提高監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部設(shè)計(jì)有隔爆遙控器，用戶可以通過遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)操作，大大提高了操作系統(tǒng)的效率。同時(shí)，由于遙控器的使用，設(shè)備上的按鈕可以放棄，節(jié)省了礦山設(shè)備的復(fù)雜按鈕改造，提高了系統(tǒng)改造的效率。此外，通過設(shè)置控制值來控制保護(hù)裝置，可以查詢和修改控制值。保護(hù)裝置定期檢查其運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，可以定位故障芯片。保護(hù)裝置配備RS-485/RS-232標(biāo)準(zhǔn)通信接口，能更好地匹配電力監(jiān)控系統(tǒng)的接口。

煤礦電網(wǎng)線路短，阻抗小，發(fā)生短路事故時(shí)電流大。為保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)了防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)。防越級跳閘保護(hù)系統(tǒng)采用光纖閉鎖信號，對系統(tǒng)線路段進(jìn)行電流閉鎖保護(hù)。防越級跳閘系統(tǒng)主要包括智能光纖控制服務(wù)器SU20、礦用智能光纖保護(hù)PA61和PA63。PA63防越級跳閘微機(jī)保護(hù)集控制、通信、測量、防越級等功能于一體；智能光纖控制服務(wù)器SU20主要用于收集閉鎖信號，收集信號后統(tǒng)一匯總信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)到上級電路。

3安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

3.1概述

對于用戶變電站（一般35kV及以下電壓等級），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接觸無線溫度測量產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電站、配電、電力安全運(yùn)行和綜合管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開關(guān)、變電站、配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化和無人值守要求，為35kV及以下電壓等級開發(fā)的分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，應(yīng)用于電力自動(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)控、控制、通信等功能于一體。適用于35kV及以下電壓等級的城市電網(wǎng)、農(nóng)村電網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)變電站的全面控制和管理，滿足變電站無人值守或少人值守的需要，為變電站的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

3.2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)的工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

3.3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。網(wǎng)絡(luò)組裝方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和光纖環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)組裝方式。

3.4系統(tǒng)功能

實(shí)時(shí)監(jiān)控、電參查詢、曲線查詢、運(yùn)行報(bào)告、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史事件查詢、電能統(tǒng)計(jì)報(bào)告；

用戶權(quán)限管理；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；電能質(zhì)量監(jiān)測；遙控功能；故障記錄波；事故回憶；網(wǎng)絡(luò)訪問；應(yīng)用程序訪問；

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結(jié)語

根據(jù)前人的研究，設(shè)計(jì)了煤礦電力監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)煤礦實(shí)際供電需求和電網(wǎng)工作性能分析，設(shè)計(jì)了地面主站調(diào)度監(jiān)測系統(tǒng)、地下電力監(jiān)測站、礦用綜合保護(hù)測控裝置，深入分析了三個(gè)模塊的運(yùn)行過程和運(yùn)行原理，為煤礦電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了一定的參考。

參考文獻(xiàn)

［1］高正中，王亞男，?；蹠?，等.用于礦井電網(wǎng)電壓同步頻率檢測的改進(jìn)型 DSOGI-PL［J］.工礦自動(dòng)化，2020，46(8)：75-81.

［2］王清亮，楊博，高梅，等.基于等效電導(dǎo)的礦井電網(wǎng)智能漏電保護(hù)方法［J］.工礦自動(dòng)化，2020，46(6)：59-64.

［3］王文欣，郝鵬坤，宋亮亮.大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)在電網(wǎng)集控運(yùn)維中的應(yīng)用［J］.農(nóng)村電氣化，2021(3)：39-40.

［4］謝楓，岳虎，王莉，等.基于數(shù)據(jù)集成的電網(wǎng)全渠道一體化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2021，29(17)：152-155.[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.

［5］劉波.煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.

［6］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.