王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：為了探討井下無人值守變電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，以西山煤電馬蘭礦為背景，詳細(xì)闡述了井下無人值守變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的各項(xiàng)基本參數(shù)，如額定工作電壓及整機(jī)輸入視在功率、交換機(jī)或監(jiān)控分站的傳輸口、高壓配電裝置的傳輸口、真空饋電開關(guān)的傳輸口、RS485光信號傳輸口、報(bào)警聲強(qiáng)、視頻信號輸入口、后備電池參數(shù)、模擬量傳輸處理誤差等。研究表明，該系統(tǒng)為井下供電系統(tǒng)提供了各種保護(hù)監(jiān)視和控制功能，并且通過可靠的通訊信號傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心，使值班人員對井下電網(wǎng)運(yùn)行情況有詳細(xì)的了解，該系統(tǒng)在馬蘭礦運(yùn)行效果良好，有效保證井下供電系統(tǒng)的供電安全和供電可靠性，并且為馬蘭礦帶來了較高的經(jīng)濟(jì)效益和很好的社會效益，該系統(tǒng)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：井下；無人值守變電所；電力自動(dòng)化；監(jiān)控系統(tǒng)
1研究背景
井下供電是煤礦“六大件"之一，其重要性不言而喻，但是井下供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性一直是困擾煤礦安全的一項(xiàng)重要因素，煤礦企業(yè)本身也采取了很多方法和措施進(jìn)行解決。國內(nèi)外學(xué)者也對其進(jìn)行了大量研究，從整個(gè)系統(tǒng)的安全方面，通過分析煤礦井下目前狀況下存在的安全問題，提出了諸多能提高井下可靠性的方法；分析井下供電系統(tǒng)跳閘的原因，提出了一種防止供電跳閘的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用“三位一體"防越系統(tǒng)，能有效提高整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；分析陽煤集團(tuán)井下出現(xiàn)過的常見供電故障，并將其分類，針對各類型提出了相應(yīng)的保護(hù)供電系統(tǒng)的方法和措施；針對煤礦井下高壓供電系統(tǒng)失壓保護(hù)，分析了其具體的原因，并針對其原因，對綜合失壓保護(hù)裝置進(jìn)行了改造和升級，保證了井下供電系統(tǒng)的安全和可靠。通過研究，取得了大量研究成果，但是這些針對井下供電系統(tǒng)都是泛泛而談，沒有從根本上解決井下供電系統(tǒng)安全可靠性問題。
本研究基于馬蘭礦研究井下無人值守變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)是在地面綜合自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，同時(shí)也是基于井下實(shí)際條件專門針對供電系統(tǒng)的一種監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備。井下無人值守變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)為井下供電安全提供了保護(hù)和監(jiān)控等功能，通過可靠的信號將井下情況反應(yīng)到井上，從而使得井上技術(shù)人員能清晰準(zhǔn)確的判斷井下供電情況，保證井下供電系統(tǒng)的供電安全。因此，2017年5月在馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監(jiān)控分站，并取得了良好的效果，有效保證了井下供電系統(tǒng)安全可靠性。
2井下無人值守變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)
2.1額定工作電壓及整機(jī)輸入視在功率
額定工作電壓：AC127V；整機(jī)輸入視在功率：≤150VA。
2.2交換機(jī)或監(jiān)控分站的傳輸口
與地面MIEN6208工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)或同型號電力監(jiān)控分站的傳輸口如下。
（1）傳輸口數(shù)量為2路。
（2）傳輸方式為TCP／IP以太網(wǎng)光信號傳輸。
（3）連接形式為SC。
（4）傳輸速率為10／100Mbps自適應(yīng)。
（5）傳輸距離上限。10km（發(fā)射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm，使用MGTSV4B礦用單模光纜；光纖接點(diǎn)總數(shù)22個(gè)，其中熱熔接點(diǎn)10個(gè)，冷熔接點(diǎn)10個(gè)，活動(dòng)連接點(diǎn)2個(gè)）。
2.3高壓配電裝置的傳輸口
與PBG型礦用隔爆兼本安型永磁機(jī)構(gòu)高壓配電裝置（內(nèi)置ZBT-11高開綜合保護(hù)器）的傳輸口（本安）如下。
（1）傳輸口數(shù)量為2路（P3和P4口）。
（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485。
（3）數(shù)據(jù)傳輸速率為9600bps。
（4）傳輸距離。1km（使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導(dǎo)線截面不小于1.5mm2）。
（5）監(jiān)控容量上限。每個(gè)傳輸口可掛接8臺PBG型礦用隔爆兼本安型永磁機(jī)構(gòu)高壓配電裝置（內(nèi)置ZBT-11高開綜合保護(hù)器）。
2.4真空饋電開關(guān)的傳輸口
與KJZ16型礦用隔爆兼本安型真空饋電開關(guān)的傳輸口（本安）如下。
（1）傳輸口數(shù)量為2路（P5和P6口）。
（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485。
（3）數(shù)據(jù)傳輸速率為9600bps。
（4）傳輸距離。1km（使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導(dǎo)線截面不小于1.5mm2）。
（5）監(jiān)控容量上限。每個(gè)傳輸口可掛接8臺KJZ16R型礦用隔爆兼本安型真空饋電開關(guān)。
2.5 RS485光信號傳輸口
（1）傳輸口數(shù)量為1路×2纖（P3口，可改配為RS485電傳輸）。
（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485光傳輸。
（3）連接形式為單模、SC。
（4）傳輸速率為為9600bps。
（5）傳輸距離上限。
10km（發(fā)射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm，使用MGTSV4B礦用單模光纜；光纖接點(diǎn)總數(shù)22個(gè)，其中熱熔接點(diǎn)10個(gè)，冷熔接點(diǎn)10個(gè)，活動(dòng)連接點(diǎn)2個(gè)）。
2.6報(bào)警聲強(qiáng)
報(bào)警聲強(qiáng)為不小于80dB（A）
2.7視頻信號輸入口。
1路視頻信號輸入。連接方式：ST。接收靈敏度：-28dBm（單模光信號，光波長1310nm）
2.8后備電池參數(shù)
使用2組鎳氫電池串聯(lián)作為備用電源。電池?cái)?shù)量為2節(jié)串聯(lián)。電網(wǎng)斷電后，后備電池保證設(shè)備連續(xù)工作時(shí)間不小于2h。
2.9顯示范圍
（1）單相電流。0~630A（過流120％，ZBT-11型保護(hù)器采集）；顯示單相電壓：0~10kV（過壓120％，ZBT-11型保護(hù)器采集）。
（2）單相電流。0~630A（過流120％）；顯示的單相電壓：0~1140V（過壓120％）。
2.10模擬量傳輸處理誤差
高低壓保護(hù)器的電流、電壓傳輸誤差不大于0.5％（F.S.）。馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監(jiān)控分站。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該井下無人值守變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)功能特點(diǎn)：①，具有與上位機(jī)雙向通信功能；②，具有與高低壓保護(hù)器雙向通信及工作狀態(tài)顯示功能；③，具有顯示高壓保護(hù)器和低壓保護(hù)器采集的電流、電壓值；④，具有顯示高壓保護(hù)和低壓保護(hù)的分、合閘狀態(tài)；⑤，具有預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警功能，報(bào)警方式為聲音報(bào)警；⑥，電力監(jiān)控分站能與專用遙控器配合使用，通過遙控器控制，可直接下發(fā)指令信息到高低壓保護(hù)器?，F(xiàn)以上各變電所，均能在電力調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙信、遙測、遙視。
3應(yīng)用情況及效益分析
3.1應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益
該系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)無人值守變電所打下了基礎(chǔ)。節(jié)約人工每天約15人，人均一天費(fèi)用按照200元，則全年節(jié)約人工費(fèi)用為1095000元。同時(shí)該監(jiān)控系統(tǒng)是一次性投資，長久性使用。
3.2社會效益
該系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)研，設(shè)計(jì)，現(xiàn)場使用和多次改進(jìn)、完善，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，大大地提高了供電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力的保障。
（1）實(shí)現(xiàn)了減員增效。實(shí)現(xiàn)井下變電所無人值守，每個(gè)變電所可以節(jié)約用工半數(shù)以上。
（2）可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。通過該系統(tǒng)的語音報(bào)警、視頻監(jiān)視和界面顯示能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)和故障類型，便于現(xiàn)場值班維護(hù)人員及時(shí)予以處理，減少了事故處理時(shí)間，提高了礦井供電的安全可靠性。
（3）方便電量統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)運(yùn)行情況分心。通過調(diào)閱、打印電量和運(yùn)行情況的小時(shí)、日、月等報(bào)表，對供電系統(tǒng)運(yùn)行情況分析，為提供供電管理水平提高依據(jù)。
（4）提高安全意識，避免違章操作。應(yīng)用井下電力監(jiān)控系統(tǒng)，規(guī)范了各項(xiàng)電氣試驗(yàn)、檢查的操作程序，并有詳細(xì)的記錄備查，提高了現(xiàn)場人員的安全意識，可有效避免違章操作。
（5）可實(shí)現(xiàn)快速故障診斷，保證控制的實(shí)時(shí)性、確定性和可靠性。
4推廣應(yīng)用前景
該系統(tǒng)為井下供電系統(tǒng)提供了各種保護(hù)監(jiān)視和控制功能，并且通過可靠的井上，井下通訊，將監(jiān)視與控制延伸到地面電力調(diào)度中心，使地面值班人員可以清楚的了解井下電網(wǎng)的供電狀況，可將井下固定值班方式轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)人巡檢的方式。自從馬蘭礦各變電所安裝了井下電力監(jiān)控系統(tǒng)后，供電更加穩(wěn)定、可靠。為實(shí)現(xiàn)井下變電所無人值班打下基礎(chǔ)。同時(shí)，在煤礦井下電力自動(dòng)化應(yīng)用中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
5 安科瑞產(chǎn)品介紹
5.1概述
Acrel-2000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)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等多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)對變電站多方位的控制和管理，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。
5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000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)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。
圖5電力監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方式
5.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗(yàn)位置信號，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報(bào)警信號，保護(hù)跳閘信號和事故預(yù)告信號；400V低壓進(jìn)線回路電參量主要有：開關(guān)狀態(tài)、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；400V低壓出線回路主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警、三相（單相）電流、三相功率。
5.2.2 詳細(xì)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，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線。
5.2.3運(yùn)行報(bào)表
查詢各回路或設(shè)備規(guī)定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
5.2.4 實(shí)時(shí)告警
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。
5.2.5 歷史事件查詢
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，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。
5.2.6 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)以豐富的報(bào)表體支撐量體系的完整性。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，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。
5.2.7 用戶權(quán)限管理
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
5.2.8 電能質(zhì)量監(jiān)測
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)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。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過諧波分析界面掌握配電系統(tǒng)的諧波含量，及時(shí)采取相應(yīng)的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。
5.2.9 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。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個(gè)回路的線纜溫度、電壓、電流、功率曲線信息。實(shí)時(shí)變壓器曲線可監(jiān)測變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線信息。接線圖頁面通過一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括遙測、遙信等信息(遙信信號需要斷路供輔助觸點(diǎn)支持)，刷新的時(shí)間<=5s。能耗統(tǒng)計(jì)頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比， 用電排名。運(yùn)維管理-通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
5.2.10 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。
5.3 相關(guān)產(chǎn)品
6結(jié)語
綜上所述，在馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監(jiān)控分站和井下無人值守變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)，該電力監(jiān)控系統(tǒng)為井下供電安全提供了保護(hù)和監(jiān)控等功能，通過可靠的信號將井下情況反應(yīng)到井上，從而使得井上技術(shù)人員能清晰準(zhǔn)確地判斷井下供電情況，運(yùn)行效果良好，有效保證井下供電系統(tǒng)的供電安全和供電可靠性。
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