1概況
某礦業(yè)一號(hào)煤礦始建于1991年，井下供電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)采用的是人工值守、綜合保護(hù)器就地操作模式，監(jiān)測(cè)結(jié)果受人為因素影響較大。煤礦井下變電所與采煤區(qū)的變電所的布置集中性較差，移動(dòng)變電站隨著工作面的掘進(jìn)需要實(shí)時(shí)移動(dòng)，頻繁通斷電存在較大的電壓電流沖擊，加之運(yùn)行環(huán)境惡劣,經(jīng)常出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障。故障發(fā)生時(shí)故障排查工作困難，導(dǎo)致故障影響范圍擴(kuò)大。因此，黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦決定開(kāi)展井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)工作。
2供電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
煤礦供電系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控主站、井下監(jiān)測(cè)分站和各個(gè)電力監(jiān)測(cè)單元組成，具體銜接關(guān)系如圖1
地面監(jiān)測(cè)主站配置了供電系統(tǒng)版組態(tài)軟件系統(tǒng)，具有井下供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理等功能。井下監(jiān)測(cè)分站作為地面監(jiān)測(cè)主站與電力監(jiān)測(cè)單元的信息傳輸紐帶，既能控制井下高壓開(kāi)關(guān)的綜合保護(hù)裝置，還能實(shí)現(xiàn)故障波、和存儲(chǔ)、供電系統(tǒng)監(jiān)控等。電力監(jiān)測(cè)單元主要負(fù)責(zé)井下變電所設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工作，接受監(jiān)控發(fā)出的實(shí)時(shí)控制指令，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。
3供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1硬件設(shè)計(jì)
3.1.1調(diào)度硬件配置
調(diào)度作為供電監(jiān)控系統(tǒng)的，負(fù)責(zé)井下供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息的匯集、顯示、分析與存儲(chǔ)，監(jiān)控人員也可以根據(jù)井下供電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況發(fā)出控制指令，確保整個(gè)井下供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)度配置2臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，型號(hào)為SA,兼顧供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的發(fā)布、備份和存儲(chǔ)；配置2臺(tái)操作監(jiān)控主站工控機(jī)，使用液晶彩色顯示器，接入EtherNet/IP系統(tǒng)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的共享與打印等功能；配置2臺(tái)服務(wù)器兼操作員站，供電回路中串聯(lián)UPS電源，規(guī)格為3kVA/2h,保證監(jiān)控系統(tǒng)斷電情況下數(shù)據(jù)的正常采集處理，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)間斷性丟失問(wèn)題。
3.1.2地面監(jiān)控主站系統(tǒng)硬件
監(jiān)控主站硬件組成如圖2所示，主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器和監(jiān)控工作站。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器安裝數(shù)據(jù)軟件，負(fù)責(zé)井下供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集。終端通信參數(shù)的設(shè)置由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器完成，包括數(shù)據(jù)采集周期、頻率、報(bào)警閥值、信號(hào)范圍等。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用雙機(jī)備用模式，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)可以隨時(shí)停止其中的任何設(shè)備，不影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集。通訊服務(wù)器安裝基于JAVA技術(shù)開(kāi)發(fā)Web綜息發(fā)布系統(tǒng)，能夠依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)組成發(fā)布對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)信息，將井下供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行至信息管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。
監(jiān)控工作站的主要功能是顯示井下供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及故障診斷報(bào)警等，包括報(bào)警畫(huà)面、系統(tǒng)診斷畫(huà)面、在線幫助畫(huà)面、實(shí)時(shí)和歷史報(bào)表畫(huà)面、參數(shù)設(shè)置畫(huà)面、用戶登錄畫(huà)面等。監(jiān)控人員能夠根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)判斷供電系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，若出現(xiàn)故障能夠給出故障的可能位置，指導(dǎo)維修人員及時(shí)進(jìn)行故障排除。同時(shí)可以根據(jù)井下供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，完成相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定，確保井下供電系統(tǒng)運(yùn)行的。
3.1.3井下電力監(jiān)測(cè)分站硬件
井下電力監(jiān)測(cè)分站使用的是KJ275-F系統(tǒng)，由頤坤公司基于分層分布式結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)而成，具有普通分層分布式系統(tǒng)的功能和變電站綜合控制系統(tǒng)功能。井下電力監(jiān)測(cè)分站涉及工業(yè)嵌入式通訊服務(wù)器、供電電源、光端設(shè)備等，主要功能是將井下變電所、綜合保護(hù)器、高低壓開(kāi)關(guān)等的運(yùn)行狀態(tài)、變電所母線的電壓、電流、功率等實(shí)時(shí)參數(shù)值經(jīng)過(guò)采集過(guò)濾和數(shù)模轉(zhuǎn)換，傳輸給井下監(jiān)測(cè)分站,由監(jiān)測(cè)分站進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和真?zhèn)闻袛?，之后借助以太網(wǎng)傳輸至地面控制主站。
3.2軟件設(shè)計(jì)
3.2.1地面軟件
地面監(jiān)控主站所使用的軟件主要包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件主要指操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等，2臺(tái)工控機(jī)均采用WindowsXPprofessional版操作系統(tǒng)，安裝了WinCC、CentralArchiveServerServer等應(yīng)用軟件。系統(tǒng)使用的應(yīng)用軟件均是在VC6.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成，主要有應(yīng)用程序基礎(chǔ)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、通訊管理、組態(tài)工具等模塊組成，采用SQL2000數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
3.2.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序
數(shù)據(jù)庫(kù)管理是井下供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部 分，是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能否接收和存儲(chǔ)的關(guān)鍵，工作 流程如圖3所示。
圖3數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)程序
先啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，根據(jù)操作信息打開(kāi) 相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表，之后系統(tǒng)自動(dòng)彈出該數(shù)據(jù)庫(kù)表能 夠進(jìn)行的操作消息，確定是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的預(yù) 修改。當(dāng)需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行預(yù)修改時(shí)，即可將需要 修改的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，之后彈出是否退 出的操作消息，沒(méi)有其他需要修改的參數(shù)即可確定 退出數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。
3.2.3 組態(tài)工具模塊程序
組態(tài)工具模塊作為井下電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一部 分，主要功能是對(duì)電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)繪圖及矢量數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)。繪圖功能采用組態(tài)王6.0軟件包編制完成，組 態(tài)工具模塊具體工作程序如圖4所示。
圖4組態(tài)工具模塊程序
啟動(dòng)組態(tài)工具模塊程序，根據(jù)操作消息 進(jìn)行元件和布線等繪圖操作，之后確定是否需要 形成畫(huà)面，如果需要即可存儲(chǔ)為畫(huà)面矢量數(shù)據(jù)， 之后彈出是否退出消息，如果無(wú)其他操作即可點(diǎn) 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(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成部 分，是完成井下供電系統(tǒng)與地面控制信息傳輸 的重要紐帶，控制流程包括數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用
為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)完成的井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 效果，在黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦進(jìn)行試運(yùn)行，為期半年 跟蹤記錄。應(yīng)用結(jié)果表明，井下電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行 穩(wěn)定，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了井下供電系 統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用。圖6為調(diào)用的 部分高壓歷史數(shù)據(jù)曲線，可以觀察得出電壓的 變化趨勢(shì)，指導(dǎo)供電系統(tǒng)維修人員進(jìn)行故障診斷與 排查。
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，相較于改進(jìn)之前的供電系統(tǒng), 新監(jiān)控系統(tǒng)的引入，故障排査時(shí)間縮短近15%, 井下采煤設(shè)備利用率提高近10%,降低了約10% 供電系統(tǒng)維護(hù)成本，預(yù)計(jì)為企業(yè)產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益 200 萬(wàn) /a。
5安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
5.1概述
針對(duì)用戶（一般為35kV及以下電壓等級(jí)），通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的運(yùn)行和管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。
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(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)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)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等功能于一體的開(kāi)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(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的控制和管理，滿足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的。
5.2應(yīng)用場(chǎng)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)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
5.3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(chǎng)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。
5.4系統(tǒng)功能
5.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
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(xì)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(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。
5.4.5 實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
5.4.6 歷史事件查詢：對(duì)事件進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)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。
5.4.7 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。
5.4.8 用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。
5.4.9 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
5.4.10 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。
5.4.11 遙控功能：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
5.4.12 故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。
5.4.13 事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。
5.4.14 Web訪問(wèn)：展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)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。
5.4.15 APP訪問(wèn)：設(shè)備數(shù)據(jù)頁(yè)面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。
5.5系統(tǒng)硬件配置
6結(jié) 語(yǔ)
供電系統(tǒng)作為煤礦企業(yè)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)其工作的性要求越來(lái)越高。針對(duì)黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦井下電力系統(tǒng)故障問(wèn)題頻發(fā)的現(xiàn)狀，開(kāi)展了井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)工作。試運(yùn)行結(jié)果表明系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了井下供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用。相較于改進(jìn)之前的供電系統(tǒng)，新監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用使供電系統(tǒng)故障排查時(shí)間縮短近15%,采煤設(shè)備利用率提高近10%,降低了約10%供電系統(tǒng)維護(hù)成本。
參考文獻(xiàn)：
[1]王旭波，李廣紅.煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程
[2]劉文，王瑞海，奐光潤(rùn).新橋煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中州煤炭
[3]賈永峰.煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J ].自動(dòng)化應(yīng)用
[4]劉建甫，駱瑞松.煤礦井下供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在某礦的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化
[5]孫斌，煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究
[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2023.01版
http://xxycjzzp.com
