淺談基于以太網(wǎng)的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

時間：2023-12-04作者：安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司瀏覽：105

0引言




       煤礦供配電系統(tǒng)是維持整個煤礦采掘、運輸、通 風(fēng)、排水等重要電氣設(shè)備正常工作及提供日常照明等用電

的重要支撐,其運行可靠性及穩(wěn)定性是煤礦安全高效生產(chǎn)的重要技術(shù)**。由于煤礦供配電系統(tǒng)時常會出現(xiàn)負(fù)荷

波動劇烈、無計劃停電、越級跳閘及故障排查困難等問題，因此引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸等嚴(yán)重安全事故。為

了有效減少煤礦事故發(fā)生概率，提高煤礦供配電綜合管理水平及效率，需對煤礦供配電系統(tǒng)采用一體化實時監(jiān)

控方案，進(jìn)而較好地實現(xiàn)煤礦各變電所的**功能。




       本文針對35 kV及以下安全監(jiān)控開發(fā)研制了煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，對該煤礦現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升

級改造，主要內(nèi)容包括地面電力調(diào)控中心優(yōu)化設(shè)計及地面35 kV變電所.1360水平井下變電所、1100水平井下變

電所優(yōu)化設(shè)計，采用以太環(huán)網(wǎng)及RS485對通訊系統(tǒng)進(jìn)行重新架構(gòu)，并對井下變電所內(nèi)的監(jiān)控分站和高低壓開關(guān)

綜保裝置等重要設(shè)備進(jìn)行智能化升級，從而建立了一套技術(shù)**、功能完整、易于管理的煤礦井下電力監(jiān)控系

統(tǒng)。 




1煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計




1. 1 煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)




       本監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，分別為地面監(jiān)控主站、電力監(jiān)控分站及綜合保護(hù)單元，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1

所示。地面監(jiān)控主站主要由兩臺監(jiān)控計算機、打印機、交換機和UPS電源等設(shè)備組成，用于井下供電運行數(shù)據(jù)的

實時顯示及高開綜保裝置遠(yuǎn)程操作等指令的下達(dá)，其中監(jiān)控主站采用雙機熱備份方式，保證系統(tǒng)可靠性電力監(jiān)

控分站用于井下各供電設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集、處理與轉(zhuǎn)發(fā)，其中高低壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置的通訊信號作為一組

共同接入監(jiān)控分站。系統(tǒng)的通訊平臺架構(gòu)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)加現(xiàn)場總線的組合通訊方式,井下各變電所內(nèi)電氣設(shè)

備的運行狀態(tài)參數(shù)由井下電力監(jiān)控分站通過RS485總線通訊方式及協(xié)議轉(zhuǎn)換進(jìn)行采集，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的就地集中監(jiān)

測。同時監(jiān)控分站通過光纖以太環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控主站實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互， 將各運行數(shù)據(jù)集中上傳至監(jiān)控主站。

 






圖1電力監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)




1.2 GPS對時子系統(tǒng)




       為保證全系統(tǒng)運行顯示時間準(zhǔn)確一致，在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計了 GPS對時子系統(tǒng),通過地面調(diào)控中心加裝的

GPS對時裝置從GPS衛(wèi)星獲取標(biāo)準(zhǔn)時間信號， 并將該時間信號通過各類接口實時傳輸至監(jiān)控主機、 綜保裝置、

故障錄波器、遠(yuǎn)程RTU等需要時間信息的主要通訊設(shè)備，從而使整個系統(tǒng)的運行時間達(dá)到同步。




1.3 數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)




       本文設(shè)計了數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)用于加強對井下各變電所及供電設(shè)備的實時監(jiān)控，通過在電力系統(tǒng)平臺中

加裝的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機和現(xiàn)場的固定式及云臺攝像頭對井下所有供電場所及設(shè)備進(jìn)行實時數(shù)字視頻采集。同時

配置大容量硬盤將所有錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時存儲，存儲時間不**一個月。數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。












圖2數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)




2硬件方案設(shè)計




       本監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計方案主要分為地面調(diào)控中心硬件設(shè)計及井下供電監(jiān)控硬件設(shè)計。其中地面調(diào)控中心硬

件除原系統(tǒng)具備的數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計算機、UPS電源外，還包括GPS對時子系統(tǒng)及數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)中的

GPS對時器、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機等設(shè)備。井下硬件設(shè)計方案主要包括各井下監(jiān)控分站及高低壓開關(guān)綜保裝置的升級

改造，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷運行及防越級功能。 




       本文采用GPS對時裝置實現(xiàn)全系統(tǒng)運行時間的實時校準(zhǔn)同步。數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)中的硬盤錄像機可保證

錄像子系統(tǒng)可靠運行。井下監(jiān)控分站是實現(xiàn)井下數(shù)據(jù)上傳及監(jiān)控主站控制指令執(zhí)行的重要設(shè)備，滿足本系統(tǒng)數(shù)

據(jù)傳輸及采集需求。 由于井下高壓電網(wǎng)大多數(shù)供電線路較短，線路阻抗小,且運行方式差異較大，在發(fā)生短路故

障時發(fā)生越級跳閘，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)。因此，本文對原系統(tǒng)井下高低壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置進(jìn)行改

造，將其更換為具有防越級跳閘功能的智能保護(hù)器，并增設(shè)遠(yuǎn)近控模塊實現(xiàn)井下分合閘智能控制。




       本系統(tǒng)對井下高壓開關(guān)及低壓饋電開關(guān)進(jìn)行保護(hù)，除了具備常規(guī)保護(hù)裝置的功能外，還可通過系統(tǒng)級聯(lián)及

網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與地面保護(hù)形成實時防越級跳閘網(wǎng)絡(luò)。 




       系統(tǒng)在井下所有高壓開關(guān)、低壓饋電及照明綜保等受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)近控改造，從開關(guān)引出的線纜接入井下

監(jiān)控分站，監(jiān)控分站通過控制中間繼電器實現(xiàn)遠(yuǎn)近控，系統(tǒng)改造線路如圖所示。通過該遠(yuǎn)近控改造后系統(tǒng)可在

任意時刻分閘，而合閘需在遠(yuǎn)近控狀態(tài)下進(jìn)行，從而保證安全檢修。












圖3接線圖




3軟件方案設(shè)計




       煤礦電力監(jiān)控平臺主要功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)管理等，其中系統(tǒng)及線路

的負(fù)荷率統(tǒng)計可根據(jù)采集數(shù)據(jù)對風(fēng)機、*變電所等位置的電壓、電流等主要電參數(shù)進(jìn)行實時曲線繪制，可從

地面調(diào)控中心較直觀監(jiān)測系統(tǒng)各個部分的運行狀態(tài)。




在常規(guī)報警功能基礎(chǔ)上，系統(tǒng)還添加了時間順序記錄功能，當(dāng)井下供電設(shè)備發(fā)生故障并報警后，系統(tǒng)可自動按

時間順序記錄繼保裝置及斷路器開斷的時間并上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器用于后續(xù)事故分析。時間順序記錄.




4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案




4.1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(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點無

線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控

系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和管理。監(jiān)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(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**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)、網(wǎng)

絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等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)運行提供了堅實的**。




 
4.2應(yīng)用場所

       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化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工

和運行維護(hù)。




4.3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，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系統(tǒng)功能




       4.4.1 實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故

障、告警等信號。












   4.4.2 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。









 4.4.3 曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。









4.4.4 運行報表：查詢各回路或設(shè)備*時間的運行參數(shù)。









    4.4.5 實時告警：具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。









       4.4.6 歷史事件查詢：對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、

事故分析。









    4.4.7 電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)

各配電節(jié)點的用電情況。






     

 4.4.8 用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。









       4.4.9 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。









  4.4.10 電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(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。









       4.4.11 遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。









       4.4.12 故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。









       4.4.13 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(wěn)態(tài)信息。









  4.4.14 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。









 4.4.15 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。









4.5系統(tǒng)硬件配置













5 結(jié)束語 




       本文為適應(yīng)煤礦供電安全監(jiān)控要求，基于工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線通訊技術(shù)設(shè)計了一套監(jiān)測參數(shù)、數(shù)據(jù)交互

性強的智能煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，并增加了 GPS實時授時、數(shù)字視頻錄像及防越級跳閘等功能,可實現(xiàn)煤礦供電設(shè)

備及網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測與調(diào)控，保證煤礦供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

 

 

參考文獻(xiàn)：




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[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版本








安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司專注于光伏電站電力監(jiān)控系統(tǒng),智能電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng),大型公建能耗監(jiān)測系統(tǒng),預(yù)付費管理系統(tǒng),無線通訊智能電表,環(huán)保用電監(jiān)管平臺等, 歡迎致電 18701808662

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