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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：當(dāng)前我國很多煤礦企業(yè)在市場環(huán)境中發(fā)展越來越困難，同時隨著煤礦企業(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(fù)雜的市場環(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(jiān)控系統(tǒng)改造。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng);煤礦井下;改造;
隨著科技進(jìn)步，以及煤礦企業(yè)的安全改造及現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷深入和發(fā)展，建設(shè)“五優(yōu)"礦井，創(chuàng)建數(shù)字化礦山，已在國內(nèi)煤炭行業(yè)悄然展開，為保證礦井生產(chǎn)調(diào)度的可靠性，增設(shè)礦井電力保護監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)全礦電力調(diào)度管理的規(guī)范化、科學(xué)運作，在當(dāng)前的環(huán)境狀況下，顯得尤為重要。
概述
1.1、礦區(qū)電力系統(tǒng)不能全覆蓋監(jiān)控
初期電力自動化監(jiān)控裝置設(shè)計時，井下和地面變電所的高壓開關(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現(xiàn)了電氣信號監(jiān)測和部分高開的遙控操作功能，在礦區(qū)內(nèi)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現(xiàn)監(jiān)控，還有一些地面重要負(fù)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(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)，還需要人員24小時值守，隨時準(zhǔn)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(xù)的發(fā)展過程中先后新增加了2個采區(qū)供電和2個地面變電所供電，原有的電力自動化監(jiān)控裝置預(yù)留備用的通信接口就不足支撐接入多余設(shè)備；同時原有的監(jiān)控系統(tǒng)主要采用電纜通信，在通信速率上最大為100兆/秒，加之所監(jiān)控的設(shè)備數(shù)量眾多，在實際運行環(huán)境中還受到大型設(shè)備電磁干擾，頻繁出現(xiàn)通信卡頓現(xiàn)象。
1.3、監(jiān)控裝置所監(jiān)控電氣參數(shù)有限
當(dāng)井下發(fā)生開關(guān)短路跳閘故障后，調(diào)度監(jiān)控人員不能夠快速知道井下配電室高壓設(shè)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(shè)備自我檢測等功能。
煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)組成分析
2.1、系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)硬件主要由以下幾部分組成:電力監(jiān)控分站、高壓配電裝置、低壓組合開關(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(jiān)控分站的作用主要有三部分：采集數(shù)據(jù)、顯示控制、通信傳輸。具體來說就是:電力監(jiān)控分站采集高壓饋電開關(guān)內(nèi)置的綜保信息，在就地的觸摸屏上顯示出來，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，控制高壓饋電開關(guān)動作。
電力監(jiān)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、通信管理機、光端機或光電轉(zhuǎn)換模塊(至少兩光兩電)。
2.2、供電監(jiān)控系統(tǒng)
供電監(jiān)控系統(tǒng)主要用于煤礦供電系統(tǒng)和運轉(zhuǎn)設(shè)備的監(jiān)測、控制、管理和安全保護等方面，實現(xiàn)供電系統(tǒng)和設(shè)備的在線參數(shù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程操作控制、實時事故報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、運行安全保護、用電計量管理等監(jiān)控管理功能;提供遙測、遙信、遙調(diào)、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(tǒng)越級跳閘、電壓波動跳閘、漏電接地選線、突發(fā)停電事故恢復(fù)、負(fù)荷控制等電力運行難題的實用方案，系統(tǒng)的高精度計量監(jiān)測、專業(yè)圖表分析工具、錄波分析工具和智能專家系統(tǒng)，是加強供電管理、減少事故、降低損耗、節(jié)約電能、提高運行效率和管理水平的最新現(xiàn)代化工具，運用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作控制和智能程控技術(shù)，實現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備的全面自動化無人值守智能監(jiān)控管理。
電力監(jiān)控系統(tǒng)建立在1 000 M冗余工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、高速專用電力監(jiān)控現(xiàn)場總線、CAN/ＲS485工業(yè)現(xiàn)場總線、無線通信構(gòu)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(jiān)控應(yīng)用軟件，是集監(jiān)控、顯示、保護、控制、采集等多種功能的監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)需要可在不同網(wǎng)絡(luò)層接入不同通訊接口的各種監(jiān)控裝置和各種設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，兼容各種接口設(shè)備。同時提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)與礦井自動化信息平臺無縫連接，為信息平臺提供供電數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一體化的全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控和自動化、信息化系統(tǒng)。
系統(tǒng)將供電系統(tǒng)監(jiān)控、變電所環(huán)境監(jiān)控及、IP廣播、視頻等多源異質(zhì)數(shù)據(jù)有機融合，實現(xiàn)電力監(jiān)控、視頻、語音、廣播聯(lián)動，建立了一套綜合性多媒體數(shù)字化電力監(jiān)控管理系統(tǒng)，監(jiān)控的內(nèi)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現(xiàn)更加可靠的遠(yuǎn)程管理和操控。
煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)改造
3.1、電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主站升級
在礦井調(diào)度室電力監(jiān)控中心更換安裝了6臺工業(yè)級監(jiān)控服務(wù)器，4臺工業(yè)級電力監(jiān)控上位機，為了防止在今后使用過程中減少電腦病毒入侵的可能性，保障監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)上的運行安全可靠，采用了linux中文版操作系統(tǒng)，同時升級安裝了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套獨立無間斷電源系統(tǒng)、1套綜合信息發(fā)布系統(tǒng)。
3.2、電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控分站優(yōu)化
在井下和地面的各個變電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)分站的改造上，在每個變電所數(shù)據(jù)傳輸分站裝置內(nèi)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，將原來監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)延遲等情況，并且在各分站之間實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)。在保障監(jiān)控分站供電電源上使用了KDW0.3/660A型雙回路無間斷電源裝置，確保在全礦井失電等情況下的監(jiān)控系統(tǒng)正常運行。
3.3、自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部功能設(shè)計
在進(jìn)行電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的時候，應(yīng)該關(guān)注系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能。1）系統(tǒng)應(yīng)該具有井下電力系統(tǒng)的四遙功能，同時可以快速定位故障發(fā)生節(jié)點、故障類型、故障信息記錄等內(nèi)容。2）系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)各個保護裝置與設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)運作，同時結(jié)合不同設(shè)備的特點來進(jìn)行參數(shù)保護與控制，實現(xiàn)對各個設(shè)備的自動化控制，并實現(xiàn)對電力設(shè)備的在線監(jiān)測等功能。3）系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)Ω鱾€電力設(shè)備的運作現(xiàn)狀進(jìn)行實時監(jiān)測，并能夠出具各類數(shù)據(jù)信息的歷史曲線與圖表數(shù)據(jù)，使這部分的內(nèi)容更加直觀。而在這類數(shù)據(jù)信息的權(quán)限設(shè)置上，應(yīng)該根據(jù)用戶類型的不同進(jìn)行分級用戶共享。第四，系統(tǒng)還應(yīng)該能夠使用紅外線來對各個保護器的參數(shù)進(jìn)行綜合調(diào)整，同時供電設(shè)備也應(yīng)該實現(xiàn)不停機運作，能夠較好地契合井下惡劣環(huán)境，實現(xiàn)各個設(shè)備的正常運作。第五，應(yīng)該做好系統(tǒng)界面設(shè)計，提供相對和諧的人際互動界面，同時能夠自由切換各個子系統(tǒng)以及其他模塊，顯著提高系統(tǒng)的運作效果。
3.4、電力監(jiān)控系統(tǒng)單元節(jié)點改造
每一個高爆開關(guān)都增加了DMP-5102B型智能終端，智能終端能夠就地采集開關(guān)的位置信息、電氣信號量以及溫度信息，同時還能夠與綜保裝置進(jìn)行通信將綜保的保護動作事件信息打包以光纖傳輸?shù)姆绞絺髦帘O(jiān)控分站。
3.5、遠(yuǎn)程遙控、遙測和視頻聯(lián)動應(yīng)用
新增加的智能終端能夠就地采集電氣數(shù)據(jù)的同時，把各個開關(guān)斷路器的控制回路也接入各個智能終端，這樣操作人員就能夠在調(diào)度室遠(yuǎn)程控制各個變電所開關(guān)的斷路器分合閘，同時在各個變電所安裝了?？低暤淖詣痈櫱蛐蛿z像頭，在遠(yuǎn)程操作時將攝像頭對準(zhǔn)開關(guān)，觀察遠(yuǎn)程操作時開關(guān)的變位情況和運行情況，同時還能對人員現(xiàn)場操作時的情況進(jìn)行監(jiān)督和遠(yuǎn)程監(jiān)護。
安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型
4.1概述
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)用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、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，可實現(xiàn)對變電站方位的控制和管理，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)濟運行提供了堅實的保障。
4.2應(yīng)用場所
辦公建筑（商務(wù)辦公、國家辦公建筑等）
商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）
旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）
科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑）
通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）
交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）
廠礦企業(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(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設(shè)計，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。
4.4設(shè)備選型
應(yīng)用場合 | 型號 | 保護功能 |
35kV進(jìn)/饋線 | AM6-F | 三段式（帶方向、復(fù)合龜壓閉鎖）過流保護、小電 流接地選型保護、三相一次重合閘、低頻減載 |
35kV± 變 （2000kVA以上） | AM6-D2 | 兩8B變/三圏變差動速斷保護、比例制動差動保護 |
AM6-D3 | ||
AM6-T | 變壓器后備保護測控、配用變壓器保護 | |
AM6-FD | 變壓樓非電量保護（獨立）、獨立的操作回路 | |
35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 電機差動保護、電機綜合保護 |
35kV PT監(jiān)測 | AM6-U | PT監(jiān)測 |
35kVr用變 | AM6-TR | 三段式過流、過負(fù)荷保護、變壓器非電量保護 |
10kV/6kV進(jìn)饋線 | AM5-F | 三段式過流/零序過流、過負(fù)荷保護（告警/跳閘）、 PT斷線告警、三相一次重合閘、低頻減栽、后加速過流、逆功率保護 |
10kV/6kV廠用變 | AM5-T | 三段式過流/零序過流、過負(fù)荷保護（吿警償閘）、 控故障告警、PT斷線告警、非電參量保護 |
10kV/6kV異步電機 | AM5-M | 兩段式過流/零序過流/負(fù)序過流保護、過負(fù)荷保護 （告警演制）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)例護、啟動超時、熱過載保護 |
10kV/6kV電容器 | AM5-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負(fù)荷保護（告警演閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； |
10kV/6kV 母聯(lián) | AM5-B | 進(jìn)線備投/母聯(lián)備投、兩段式過流保護、PT斷線告警； |
10KV/6RV PT 監(jiān)測 | AM5-U | 低電壓警吿、PT斷線吿警、過龜壓吿警、零序過壓吿警； |
10kV/6kV PT | AM5-BL | 單母線分段系統(tǒng)的PT二次并列/解列控制 |
進(jìn)/饋線 | AM5SE-F | 三段式過流保護（帶方向、帶低壓閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、三相一次 重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波、全電參量 測量、獨立操作回路 | |
35kV | AM5SE-D2 | 兩圈變差動速斷保護、比例制動差動保護 | |
變電站 | 35kV主變 | AM5SE-TB | 三段式過流保護（帶復(fù)合電壓、帶方向閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、間隙 零序電流保護、零序電壓保護、過負(fù)荷保護、啟動通風(fēng)、閉鎖有載調(diào)壓、斷路器遙控分 合閘、故障錄波、全電量測量、獨立操作回路 |
PT監(jiān)測并列 | AM5SE-UB | PT并列、低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警 | |
進(jìn)/饋線 | AM5-F | 三段式過流保護（帶方向、帶低壓閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、三相一次 重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波 | |
廠用變 | AM5-T | 三段式過流保護（帶復(fù)合電壓閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、過負(fù)荷保護、 變壓器非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波 | |
大功率異步電 機（2000kW 以上） | AM5SE-MD | 電機差動速斷保護、比例差動保護、啟動中過流一段保護、已運行定時限過流保護、過 負(fù)荷保護、零序過流保護、過熱保護、堵轉(zhuǎn)保護、低電壓保護、斷路器遙控分合閘、獨 立操作回路、故障錄波、全電量測量 | |
10(6)kV 開閉所 | 異步電機 | AM5-M | 啟動中過流一段保護、已運行兩段式過流保護、反時限過流保護、過負(fù)荷保護、零序過 流保護、啟動時間過長、堵轉(zhuǎn)保護、過熱保護、相序保護、低電壓保護、斷路器遙控分 合閘、故障錄波 |
電容器 | AM5-C | 兩段式過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、不平衡 電壓/電流保護、非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波 | |
母聯(lián) | AM5-B | 兩段式過流保護、反時限過流保護、后加速過流保護、進(jìn)線備自投、母聯(lián)備自投、斷路 器遙控分合閘、故障錄波 | |
PT監(jiān)測 | AM5-U | 低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警 | |
PT并列 | AM5-BL | 不同母線段上PT二次信號的并列/解列控制 | |
應(yīng)用場合
型號
保護功能
進(jìn)饋線/廠用變
PT監(jiān)測
AM4-I
AM4-U
三段式定時限過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、零序過壓保護、非電量保
護、低電壓保護、過電壓保護、過負(fù)荷保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波
低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警
3 ~ 35kV 智能操裝置 | ASD200 | 一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度 控制及顯示（帶強制加熱）、遠(yuǎn)方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、語音 防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、RS485通信 |
3 ~ 35kV 智能操控裝置 | ASD300 | 一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度 控制及顯示（帶強制加熱）、遠(yuǎn)方僦地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、語音 防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、全電參量測量、柜內(nèi)電氣接點無線測溫、RS485通信 |
3 ~ 35kV 智能操控?zé)o線 測溫一體化裝置 | ASD320 | 一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度 控制及顯示（帶強制加熱）、遠(yuǎn)方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、語音 防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、柜內(nèi)電氣接點無線測溫、RS485通信 |
0.4kV-35kV 斷路器觸頭、銅排、 電纜接頭無線測溫傳感器 | ATE100 ATE200 | 表帶式固定，電池供電，電池壽命不小于5年，測溫范圍-40^-125^,采集周期25s,發(fā)射周期4min,測量精度±2P,傳輸距離空曠10米 |
ATE300 | 扎帶捆綁固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流5A,測溫范圍采集周期15s, 發(fā)射周期15s,測量精度±2P,傳輸距萬空曠100米 | |
3 ~ 35kV 無線測溫收發(fā)器 | ATC200 | 導(dǎo)軌式/螺絲固定，工作電源DC24V,可接收12個ATE200 （ ATE100 ）數(shù)據(jù)，帶RS485 通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心 |
無線測溫收發(fā)器 | ATC400 | 導(dǎo)軌式/螺絲固定，工作電源DC24V,可接收240個ATE300數(shù)據(jù)，帶RS485通信接 口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心 |
無線測溫裝置 | ARTM-Pn | 嵌入式安裝，工作電源AC/DC 1100/220V,可與ATE100. ATE200、ATE30。配合 使用，安裝在高壓柜、低壓柜內(nèi)測量多18點溫度；兩路無源溫度告警輸出；一路 RS485通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心 |
無線測溫集中釆集觸摸屏 | ARTM-7062HT-（HI) | 嵌入式安裝，工作電源DC 24V,可與ATE100、ATE200. ATE300傳感器配合使用 ,安裝在高壓柜、低壓柜內(nèi)測量多240點溫度；一路RS485通信接口可將數(shù)據(jù)上 傳到監(jiān)控中心 |
電參量測量 | AEM96 | 三相所有電力參數(shù)測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復(fù)費率、大需量、歷史電能統(tǒng)計、開關(guān)量事件記錄、歷史記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關(guān)量、報警輸RS485 （MODBUS 或 DL/T645-2007協(xié)議）量測量 |
電力監(jiān)控系統(tǒng) | Acrel-2000Z | 可建立配電網(wǎng)絡(luò)一次系統(tǒng)圖，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序 事件記錄、波形記錄、故障錄波，協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除 問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進(jìn)行用能分析和能效管理。 |
結(jié)束語
總之，此次煤礦電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造實現(xiàn)了井下變電所的無人值守，做到了減人提效，極大的提升了礦井供電網(wǎng)的自動化水平，對煤礦供電系統(tǒng)的集中化、安全化提供了平臺支撐。
參考文獻(xiàn)
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