淺談煤礦井下智能供電監控系統的設計及應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對某礦業一號煤礦企業井下電力系統故障問題頻發的現狀，根據一號煤礦井下供電系統的實際情況，進行了井下供電監控系統的改進設計。相較于改進之前的供電系統，新供電監控系統運行穩定可靠，縮短了供電系統的故障排查時間，提高了采煤設備利用率，降低了供電系統維護成本，增加了企業的經濟效益。

關鍵詞：井下供電；監控系統；改造設計

1概況

某礦業一號煤礦始建于1991年，井下供電系統監測采用的是人工值守、綜合保護器就地操作模式，監測結果受人為因素影響較大。煤礦井下中央變電所與采煤區的變電所的布置集中性較差，移動變電站隨著工作面的掘進需要實時移動，頻繁通斷電存在較大的電壓電流沖擊，加之運行環境惡劣,經常出現供電系統故障。故障發生時故障排查工作困難，導致故障影響范圍擴大。因此，黃陵礦業一號煤礦決定開展井下供電監控系統的改進設計工作。

2供電監控系統構成

煤礦供電系統主要由地面監控主站、井下監測分站和各個電力監測單元組成，具體銜接關系如圖1

地面監測主站配置了供電系統專業版組態軟件系統，具有井下供電系統的監測、數據統計處理等功能。井下監測分站作為地面監測中心主站與電力監測單元的信息傳輸紐帶，既能控制井下高壓開關的綜合保護裝置，還能實現故障波、數據傳輸和存儲、供電系統監控等。電力監測單元主要負責井下變電所設備的數據采集工作，接受監控中心發出的實時控制指令，實現用電設備的遠程操控。

3供電監控系統設計

3.1硬件設計

3.1.1調度中心硬件配置

調度中心作為供電監控系統的核心，負責井下供電系統實時信息的匯集、顯示、分析與存儲，監控人員也可以根據井下供電系統實際運行情況發出控制指令，確保整個井下供電系統的穩定運行。調度中心配置2臺數據采集服務器，型號為SCADA,兼顧供電系統實時數據庫服務器和Web服務器，實現歷史數據的發布、備份和存儲；配置2臺操作監控主站工控機，使用液晶彩色顯示器，接入EtherNet/IP系統服務器，實現監控數據的共享與打印等功能；配置2臺服務器兼操作員站，供電回路中串聯UPS電源，規格為3kVA/2h,保證監控系統斷電情況下數據的正常采集處理，避免出現數據間斷性丟失問題。

3.1.2地面監控主站系統硬件

監控主站硬件組成如圖2所示，主要包括數據服務器、通信服務器和監控工作站。數據采集服務器安裝數據采集軟件，負責井下供電系統實時監測數據的采集。終端通信參數的設置由數據采集服務器完成，包括數據采集周期、頻率、報警閥值、信號范圍等。數據采集服務器采用雙機備用模式，系統正常運行時可以隨時停止其中的任何設備，不影響系統數據的采集。通訊服務器安裝基于JAVA技術開發Web綜合信息發布系統，能夠依據監控系統組成發布對應的網頁信息，將井下供電系統實時運行數據傳輸至信息管理系統進行存儲和顯示。

監控工作站的主要功能是顯示井下供電系統的實時監測數據及故障診斷報警等，包括報警畫面、系統診斷畫面、在線幫助畫面、實時和歷史報表畫面、參數設置畫面、用戶登錄畫面等。監控人員能夠根據井下供電系統的實時運行數據及變化趨勢判斷供電系統是否出現故障，若出現故障能夠給出故障的可能位置，指導維修人員及時進行故障排除。同時可以根據井下供電系統實時運行數據的變化趨勢，完成相關運行參數的設定，確保井下供電系統運行的安全可靠。

3.1.3井下電力監測分站硬件

井下電力監測分站使用的是KJ275-F系統，由頤坤公司基于分層分布式結構開發而成，具有普通分層分布式系統的功能和變電站綜合控制系統功能。井下電力監測分站涉及工業嵌入式通訊服務器、供電電源、光端設備等，主要功能是將井下中央變電所、綜合保護器、高低壓開關等的運行狀態、變電所母線的電壓、電流、功率等實時參數值經過采集過濾和數模轉換，傳輸給井下監測分站,由監測分站進行數據計算和真偽判斷，之后借助以太網傳輸至地面控制主站。

3.2軟件設計

3.2.1地面監控中心軟件

地面監控中心主站所使用的軟件主要包括系統軟件和應用軟件。系統軟件主要指操作系統和數據庫系統等，2臺工控機均采用WindowsXPprofessional版操作系統，安裝了WinCC、CentralArchiveServerServer等應用軟件。系統使用的應用軟件均是在VC6.0集成開發環境下完成，主要有應用程序基礎平臺、數據庫、通訊管理、組態工具等模塊組成，采用SQL2000數據庫系統。

3.2.2數據庫管理程序

數據庫管理是井下供電監測系統的重要組成部 分，是監測數據能否可靠接收和存儲的關鍵，工作 流程如圖3所示。

圖3數據庫管理系統程序

先啟動數據庫管理系統，根據操作信息打開 相應的數據庫表，之后系統自動彈出該數據庫表能 夠進行的操作消息，確定是否需要進行數據庫的預 修改。當需要對數據庫進行預修改時，即可將需要 修改的參數存入數據庫管理系統，之后彈出是否退 出的操作消息，沒有其他需要修改的參數即可確定 退出數據庫管理系統。

3.2.3 組態工具模塊程序

組態工具模塊作為井下電力監測系統的一部 分，主要功能是對電力系統監測繪圖及矢量數據存 儲。繪圖功能采用組態王6.0軟件包編制完成，組 態工具模塊具體工作程序如圖4所示。

打開畫面

退出

圖4組態工具模塊程序

首先啟動組態工具模塊程序，根據操作消息 進行元件和布線等繪圖操作，之后確定是否需要 形成畫面，如果需要即可存儲為畫面矢量數據， 之后彈出是否退出消息，如果無其他操作即可點 擊退出程序。

3.2.4通訊管理模塊程序

通訊管理模塊是井下電力監測系統的組成部 分，是完成井下供電系統與地面控制中心信息傳輸 的重要紐帶，控制流程包括數據信息傳輸和控制指 令傳輸兩部分，具體如圖5所示。

圖5通訊管理模塊控制流程

4井下電力監控系統應用

為了驗證設計完成的井下電力監控系統的應用 效果，在黃陵礦業一號煤礦進行試運行，為期半年 跟蹤記錄。應用結果表明，井下電力監控系統運行 穩定可靠，能夠滿足設計要求，實現了井下供電系 統的實時監測與歷史數據存儲調用。圖6為調用的 部分中央高壓歷史數據曲線，可以觀察得出電壓的 變化趨勢，指導供電系統維修人員進行故障診斷與 排查。

統計結果表明，相較于改進之前的供電系統, 新監控系統的引入，故障排査時間縮短近15%, 井下采煤設備利用率提高近10%,降低了約10% 供電系統維護成本，預計為企業產生直接經濟效益 200 萬 /a。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

5.1概述

針對用戶變電站（一般為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、電氣接點無線測溫產品、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系統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系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系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站quan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、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

5.2應用場所

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

5.3系統架構

Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、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面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

5.4系統功能

5.4.1 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故障、告警等信號。

5.4.2 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。

5.4.3 曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

5.4.4 運行報表：查詢各回路或設備時間的運行參數。

5.4.5 實時告警：具有實時告警功能，系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。

5.4.6 歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

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

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

5.4.9 網絡拓撲圖：支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

5.4.10 電能質量監測：可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。

5.4.11 遙控功能：可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

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

5.4.13 事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩態信息。

5.4.14 Web訪問：展示頁面顯示變電站數量、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。

5.4.15 APP訪問：設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。

5.5系統硬件配置

6結 語

供電系統作為煤礦企業正常運行的基礎，對其工作的安全可靠性要求越來越高。針對黃陵礦業一號煤礦井下電力系統故障問題頻發的現狀，開展了井下供電監控系統的改進設計工作。試運行結果表明系統應用穩定可靠，實現了井下供電系統的實時監測與歷史數據存儲調用。相較于改進之前的供電系統，新監控系統的應用使供電系統故障排查時間縮短近15%,采煤設備利用率提高近10%,降低了約10%供電系統維護成本。

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[6]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2023.01版

作者簡介:

任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。