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淺談煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)設計與產品選型

文章更新時間：2023-08-22　點擊量：595

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)據集中處理能力差，設計煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)地面主站調度監(jiān)控系統(tǒng)、地下電力監(jiān)控站、礦山綜合保護測控裝置，分析其運行原理，解決通信混亂、傳感器采集速度慢、數(shù)據集中處理能力差，為其他煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計提供了一定的參考，也為煤礦電網的穩(wěn)定運行做出了一定的貢獻。

關鍵詞：電力監(jiān)控；傳感器；綜合保護；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的重要資源，供電性能直接影響煤礦的正常生產。由于煤礦電路負荷不穩(wěn)定，地下環(huán)境惡劣，煤礦電力系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，故障維護非常復雜，使煤礦電網面臨巨大挑戰(zhàn)。據統(tǒng)計，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。為確保煤礦電網運行安全，供電管理部門需要對煤礦供電人員進行培訓，對地下自動化提出更高的要求[1-2]。目前，我國大部分煤礦自動化系統(tǒng)逐步完善，煤礦電網的運行穩(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)據集中處理能力差等問題。因此，提高電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性是煤礦供電的重要研究課題。在此之前，許多學者對此進行了一定的分析和研究[3-4]。本文根據前人的理論，設計了新的電力監(jiān)控系統(tǒng)，為煤礦的穩(wěn)定供電做出了一定的貢獻。

1電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介

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

設計的電力監(jiān)控系統(tǒng)需要滿足電網正常運行的數(shù)據匯總要求，包括無功功率、電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等，并能準確判斷負載的用電量。電力監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)控變電站的運行參數(shù)，并在控制屏幕上顯示監(jiān)控數(shù)據，同時對系統(tǒng)過載、漏電、斷相、短路等進行緊急處理，避免故障損壞。

2電力監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1地面主站調度監(jiān)控系統(tǒng)設計

地面主站調度監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據服務器、通信柜、網絡設備等組成。數(shù)據服務器存儲系統(tǒng)的運行數(shù)據，便于后期查看；通信服務器交換變電站管理站與數(shù)據服務器之間的數(shù)據，達到數(shù)據信息傳輸?shù)哪康?。地面電力監(jiān)控調度中心配備電力集控軟件。在監(jiān)控主機運行過程中，備用機與監(jiān)控主機進行數(shù)據交換。當監(jiān)控主機異常時，備用機及時更換監(jiān)控主機進行冗余設置。

2.2井下電力監(jiān)控分站設計

電力監(jiān)控分站是地下電網控制的第一關，是電力監(jiān)控系統(tǒng)的基礎部分。本文設計的電力監(jiān)控分站采用KJ519-F礦用隔爆和本安監(jiān)控站，可實時管理高爆開關，監(jiān)控電網運行狀態(tài)。電力監(jiān)控分站內有電源模塊、以太網交換機、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。分站內控制箱是分站的核心，控制箱內有繼電器、PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器)、電源、接觸器等，主要實現(xiàn)電壓和電流數(shù)據的采集。同時，控制箱內有PLC，設備可實現(xiàn)控制輸出，控制箱可實時顯示系統(tǒng)內部監(jiān)控數(shù)據，更好地實現(xiàn)人機交換。

2.3礦用綜合保護測控裝置設計

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

微機保護裝置內部設計有隔爆遙控器，用戶可以通過遙控器進行遠程系統(tǒng)操作，大大提高了操作系統(tǒng)的效率。同時，由于遙控器的使用，設備上的按鈕可以放棄，節(jié)省了礦山設備的復雜按鈕改造，提高了系統(tǒng)改造的效率。此外，通過設置控制值來控制保護裝置，可以查詢和修改控制值。保護裝置定期檢查其運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)設備故障時，可以定位故障芯片。保護裝置配備RS-485/RS-232標準通信接口，能更好地匹配電力監(jiān)控系統(tǒng)的接口。

煤礦電網線路短，阻抗小，發(fā)生短路事故時電流大。為保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，設計了防越級跳閘保護系統(tǒng)。防越級跳閘保護系統(tǒng)采用光纖閉鎖信號，對系統(tǒng)線路段進行電流閉鎖保護。防越級跳閘系統(tǒng)主要包括智能光纖控制服務器SU20、礦用智能光纖保護PA61和PA63。PA63防越級跳閘微機保護集控制、通信、測量、防越級等功能于一體；智能光纖控制服務器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），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接觸無線溫度測量產品、電能質量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)測設備、弧光保護裝置等設備，實現(xiàn)變電站、配電、電力安全運行和綜合管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開關、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電力系統(tǒng)自動化和無人值守要求，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)是一個開放式、網絡化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，應用于電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、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、農村電網變電站和用戶變電站，可實現(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、經濟運行提供了堅實的保障。

3.2應用場所

適用于軌道交通、工業(yè)、建筑、學校、商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)的工程設計、施工和運行維護。

3.3系統(tǒng)架構

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現(xiàn)場設備層。網絡組裝方式可為標準網絡結構、光纖星網絡結構和光纖環(huán)網絡結構。根據用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積，綜合考慮網絡組裝方式。