摘要：針對某礦業(yè)一號煤礦企業(yè)井下電力系統(tǒng)故障問題頻發(fā)的現(xiàn)狀，根據(jù)一號煤礦井下供電系統(tǒng)的實際情況，進行了井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進設(shè)計。相較于改進之前的供電系統(tǒng)，新供電監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，縮短了供電系統(tǒng)的故障排查時間，提高了采煤設(shè)備利用率，降低了供電系統(tǒng)維護成本，增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：井下供電；監(jiān)控系統(tǒng)；改造設(shè)計

1概況

某礦業(yè)一號煤礦始建于1991年，井下供電系統(tǒng)監(jiān)測采用的是人工值守、綜合保護器就地操作模式，監(jiān)測結(jié)果受人為因素影響較大。煤礦井下中央變電所與采煤區(qū)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(huán)境惡劣,經(jīng)常出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障。故障發(fā)生時故障排查工作困難，導(dǎo)致故障影響范圍擴大。因此，黃陵礦業(yè)一號煤礦決定開展井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進設(shè)計工作。

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)測分站和各個電力監(jiān)測單元組成，具體銜接關(guān)系如圖1

地面監(jiān)測主站配置了供電系統(tǒng)專業(yè)版組態(tài)軟件系統(tǒng)，具有井下供電系統(tǒng)的監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理等功能。井下監(jiān)測分站作為地面監(jiān)測中心主站與電力監(jiān)測單元的信息傳輸紐帶，既能控制井下高壓開關(guān)的綜合保護裝置，還能實現(xiàn)故障波、數(shù)據(jù)傳輸和存儲、供電系統(tǒng)監(jiān)控等。電力監(jiān)測單元主要負責井下變電所設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工作，接受監(jiān)控中心發(fā)出的實時控制指令，實現(xiàn)用電設(shè)備的遠程操控。

3供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.1硬件設(shè)計

3.1.1調(diào)度中心硬件配置

調(diào)度中心作為供電監(jiān)控系統(tǒng)的核心，負責井下供電系統(tǒng)實時信息的匯集、顯示、分析與存儲，監(jiān)控人員也可以根據(jù)井下供電系統(tǒng)實際運行情況發(fā)出控制指令，確保整個井下供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。調(diào)度中心配置2臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，型號為SCADA,兼顧供電系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的發(fā)布、備份和存儲；配置2臺操作監(jiān)控主站工控機，使用液晶彩色顯示器，接入EtherNet/IP系統(tǒng)服務(wù)器，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的共享與打印等功能；配置2臺服務(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)采集軟件，負責井下供電系統(tǒng)實時監(jiān)測數(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、報警閥值、信號范圍等。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用雙機備用模式，系統(tǒng)正常運行時可以隨時停止其中的任何設(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)開發(fā)Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，能夠依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)組成發(fā)布對應(yīng)的網(wǎng)頁信息，將井下供電系統(tǒng)實時運行數(shù)據(jù)傳輸至信息管理系統(tǒng)進行存儲和顯示。

監(jiān)控工作站的主要功能是顯示井下供電系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及故障診斷報警等，包括報警畫面、系統(tǒng)診斷畫面、在線幫助畫面、實時和歷史報表畫面、參數(shù)設(shè)置畫面、用戶登錄畫面等。監(jiān)控人員能夠根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)及變化趨勢判斷供電系統(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)維修人員及時進行故障排除。同時可以根據(jù)井下供電系統(tǒng)實時運行數(shù)據(jù)的變化趨勢，完成相關(guān)運行參數(shù)的設(shè)定，確保井下供電系統(tǒng)運行的安全可靠。

3.1.3井下電力監(jiān)測分站硬件

井下電力監(jiān)測分站使用的是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，主要功能是將井下中央變電所、綜合保護器、高低壓開關(guān)等的運行狀態(tài)、變電所母線的電壓、電流、功率等實時參數(shù)值經(jīng)過采集過濾和數(shù)模轉(zhuǎn)換，傳輸給井下監(jiān)測分站,由監(jiān)測分站進行數(shù)據(jù)計算和真?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

3.2.1地面監(jiān)控中心軟件

地面監(jiān)控中心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)庫系統(tǒng)等，2臺工控機均采用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集成開發(fā)環(huán)境下完成，主要有應(yīng)用程序基礎(chǔ)平臺、數(shù)據(jù)庫、通訊管理、組態(tài)工具等模塊組成，采用SQL2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3.2.2數(shù)據(jù)庫管理程序

數(shù)據(jù)庫管理是井下供電監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部 分，是監(jiān)測數(shù)據(jù)能否可靠接收和存儲的關(guān)鍵，工作 流程如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)程序

先啟動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，根據(jù)操作信息打開 相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表，之后系統(tǒng)自動彈出該數(shù)據(jù)庫表能 夠進行的操作消息，確定是否需要進行數(shù)據(jù)庫的預(yù) 修改。當需要對數(shù)據(jù)庫進行預(yù)修改時，即可將需要 修改的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，之后彈出是否退 出的操作消息，沒有其他需要修改的參數(shù)即可確定 退出數(shù)據(jù)庫管理系統(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)測系統(tǒng)的一部 分，主要功能是對電力系統(tǒng)監(jiān)測繪圖及矢量數(shù)據(jù)存 儲。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。

打開畫面

退出

圖4組態(tài)工具模塊程序

首先啟動組態(tài)工具模塊程序，根據(jù)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(shù)據(jù)， 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(jiān)測系統(tǒng)的組成部 分，是完成井下供電系統(tǒng)與地面控制中心信息傳輸 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

為了驗證設(shè)計完成的井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 效果，在黃陵礦業(yè)一號煤礦進行試運行，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)運行 穩(wěn)定可靠，能夠滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)了井下供電系 統(tǒng)的實時監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)存儲調(diào)用。圖6為調(diào)用的 部分中央高壓歷史數(shù)據(jù)曲線，可以觀察得出電壓的 變化趨勢，指導(dǎo)供電系統(tǒng)維修人員進行故障診斷與 排查。

統(tǒng)計結(jié)果表明，相較于改進之前的供電系統(tǒng), 新監(jiān)控系統(tǒng)的引入，故障排査時間縮短近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)維護成本，預(yù)計為企業(yè)產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益 200 萬 /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(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、用電的安全運行和全面管理。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)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、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)對變電站全面的控制和管理，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。

5.2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。

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，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)方式可為標準網(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。

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(shè)備時間的運行參數(shù)。

5.4.5 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，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

5.4.7 電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)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。

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

5.4.9 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖：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)。

5.4.10 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行持續(xù)性的監(jiān)測。

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

5.4.12 故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)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(wěn)態(tài)信息。

5.4.14 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。

5.4.15 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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié) 語

供電系統(tǒng)作為煤礦企業(yè)正常運行的基礎(chǔ)，對其工作的安全可靠性要求越來越高。針對黃陵礦業(yè)一號煤礦井下電力系統(tǒng)故障問題頻發(fā)的現(xiàn)狀，開展了井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進設(shè)計工作。試運行結(jié)果表明系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了井下供電系統(tǒng)的實時監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)存儲調(diào)用。相較于改進之前的供電系統(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)維護成本。

參考文獻：

[1]王旭波，李廣紅.煤礦井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程

[2]劉文，王瑞海，奐光潤.新橋煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(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)計研究[J ].自動化應(yīng)用

[4]劉建甫，駱瑞松.煤礦井下供電實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在某礦的應(yīng)用[J].工礦自動化

[5]孫斌，煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用研究

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2023.01版