KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)的設計和應用

北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司 吳升 王彥斌 高保衛(wèi)

摘要： 介紹了KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案，該系統(tǒng)是一套基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線智能通訊技術(shù)，采用WINCE嵌入式軟件、分布式實時數(shù)據(jù)庫和MACS-SCADA工控組態(tài)軟件技術(shù)，對煤礦井下高低壓電網(wǎng)進行實時電力數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、故障診斷、故障記錄、自動化控制以及管理的大型網(wǎng)絡監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對井下供電系統(tǒng)及其用電設備的“四遙”（遙信、遙測、遙控、遙調(diào)）功能。同時介紹了該系統(tǒng)在同煤塔山煤礦的應用情況。

關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控；MACS-SCADA；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場總線；

1 概述

如今煤礦機械化和自動化程度的不斷提高, 安全供電是保證各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的正常運行的必要條件。煤礦供配電系統(tǒng)可靠的運行對煤礦的安全生產(chǎn)顯得十分重要。盡管近年來煤礦供電管理部門在改進井下配電裝備、應用新技術(shù)成果的同時，不斷強化人員素質(zhì)的管理，使煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性得到了提高，但由于人為因素造成的供電事故時有發(fā)生，影響了煤礦的安全生產(chǎn)。另外，供電部門每天用于值班和線路維護的工作人員較多，勞動生產(chǎn)率較低。因而，對井下供電系統(tǒng)實施微機保護和監(jiān)控以及實現(xiàn)變電所無人值守就顯得十分迫切。就目前的煤礦供電系統(tǒng)而言，雖然微機保護和監(jiān)控系統(tǒng)也得到了應用，但主要是針對地面供電系統(tǒng)，用于井下的微機保護和監(jiān)控裝置還不多，大部分是在防爆開關(guān)中設置漏電保護、過載保護、短路保護、欠壓保護、斷相保護等保護功能,采區(qū)內(nèi)配電設備的聯(lián)網(wǎng)功能較弱。實現(xiàn)井下變電所無人值守, 就是要實現(xiàn)遙信、遙測、遙控、遙調(diào)四遙功能和各種保護功能。KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)針對煤礦供配電系統(tǒng)的特點，采用地面電力自動化系統(tǒng)的較新技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式網(wǎng)絡技術(shù)等開發(fā)的新一代煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，可對煤礦地面和井下供電系統(tǒng)實施一體化的實時監(jiān)控，該系統(tǒng)為礦井電網(wǎng)的安全運行提供了現(xiàn)代化的管理手段。

2 系統(tǒng)組成與功能

2.1 系統(tǒng)組成

KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)主要由井下電力監(jiān)控設備和地面中心站組成。在地面電力監(jiān)控調(diào)度中心安裝系統(tǒng)主機及相關(guān)設備，將井下供電監(jiān)控設備信號通過環(huán)網(wǎng)交換機傳送到地面電力監(jiān)控調(diào)度中心，集中控制管理。

本系統(tǒng)可分為四個層次：基礎設備層（高低壓綜合保護器）、中控層（KJ626-F電力監(jiān)控分站、傳輸通訊層（井下環(huán)網(wǎng)交換機）、地面監(jiān)視監(jiān)控層（地面電力監(jiān)控調(diào)度中心）可顯示供電系統(tǒng)運行圖和各種圖表曲線等。其中基礎設備層主要完成高低壓開關(guān)數(shù)據(jù)采集、計算、保護和控制執(zhí)行，并通過RS485總線接入電力監(jiān)控分站中，監(jiān)控分站與傳輸通訊層連接，通過傳輸通訊平臺將信號轉(zhuǎn)換成光信號高速傳輸?shù)降孛姹O(jiān)視監(jiān)控層（地面電力監(jiān)控調(diào)度中心）。

KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)框圖如下圖1。

圖1 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)框圖

2.2 系統(tǒng)主要功能

圖2所示為KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)圖，它能實時反映饋電開關(guān)分/合狀態(tài)、電流、電壓、功率、溫度等模擬量數(shù)值、變壓器及電纜是否帶電等。該系統(tǒng)供電圖可局部放大。

圖2 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)圖

(1) 遙信功能: 實時反映開關(guān)的分、合閘狀態(tài),包括開關(guān)運行參數(shù)、正常、事故遙信變位。

(2) 遙測功能: 實時監(jiān)測供電系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電量、無功電量、功率因數(shù)及絕緣監(jiān)視電阻等電力參數(shù)。如圖3所示。

圖3 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)“四遙”功能

(3) 遙控功能: 地面遠程控制及閉鎖、井下開關(guān)斷路器或接觸器的遙控分、合閘操作、保護信號復歸操作和啟動錄波操作等。

(4) 遙調(diào)功能: 遠方保護定值召喚、整定修改及打印。設定時為了定值設定的安全可靠, 分定值預設和定值固化兩步進行。

(5) 保護功能: 具有漏電閉鎖、過流（短路、過負荷等）、欠壓、過壓、接地、斷相保護功能，抗干擾能力強，動作準確可靠，速度快。

(6) 自診斷功能：當系統(tǒng)中綜合保護器、分站、傳輸光纜等設備發(fā)生故障時，報警并記錄故障時間和故障設備，以供查詢及打印。如圖4所示。

(7) 系統(tǒng)具有以地點、名稱和設備編號為索引的存儲和查詢功能：饋電開關(guān)分/合等開關(guān)量變化時刻及狀態(tài)；設備故障/恢復正常工作時刻及狀態(tài)等；過流（短路、過負荷等）、過壓、斷相、接地、漏電、誤操作等保護/恢復時刻及狀態(tài)；

(8) 系統(tǒng)具有模擬量實時曲線和歷史曲線顯示功能。能在同一坐標上用不同顏色顯示較大值、平均值、較小值等曲線�？稍O時間標尺，并可顯示出對應時間標尺的模擬量值和時間等。系統(tǒng)應能在同一時間坐標上，同時顯示模擬量曲線和開關(guān)狀態(tài)圖等。

(9) 系統(tǒng)具有軟件自監(jiān)視功能。

(10) 系統(tǒng)上位機具有實時顯示各種監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖形、曲線和表格等功能, 能夠完成歷史曲線打印、報表查詢、報表設計和圖形繪制等功能。

(11) 系統(tǒng)具有人機對話功能，以便于系統(tǒng)生成、參數(shù)修改、功能調(diào)用、控制命令輸入等。并具有操作權(quán)限管理功能。

(12) 系統(tǒng)具有雙機切換功能。系統(tǒng)主機雙機備份，并具有手動切換功能。當工作主機發(fā)生故障時，備份主機投入工作。

圖4 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)故障報警日志記錄

4 系統(tǒng)主要技術(shù)指標

4.1模擬量/累計量輸入傳輸處理誤差

模擬量/累計量輸入傳輸處理誤差不大于1.0%。

4.2系統(tǒng)巡檢周期與控制響應時間

系統(tǒng)巡檢周期小于10s。遠程控制響應時間與異地控制響應時間均小于系統(tǒng)巡檢周期，就地控制響應時間不大于2s。

4.3較大傳輸距離

綜合保護器至分站之間的傳輸距離不小于2km；分站與交換機之間的傳輸距離不小于10km。

4.4較大監(jiān)控容量

系統(tǒng)理論可接入分站數(shù)量為：16臺。分站理論可接入的饋電開關(guān)數(shù)量為：32臺。

4.5雙機切換時間

從工作主機故障到備用主機投入正常工作時間小于2min。

4.6傳輸性能

a)交換機與交換機之間及與分站之間通信：

傳輸方式：單模光纖；

傳輸速率：10/100/1000Mbps自適應；

光功率：（-25～0）dBm；

較大傳輸距離：10km。

b)分站與饋電開關(guān)之間通信：

傳輸方式：RS485

傳輸速率：9600bps

信號傳輸電壓峰峰值：（1～5）V；

信號傳輸電流幅值：≤15mA；

較大傳輸距離：2km；

c)交換機與計算機之間的通信：

傳輸方式：單模光纖

傳輸速率：10/100/1000Mbps自適應；

光功率：（-25～0）dBm；

較大傳輸距離：10km。

4.7誤碼率

誤碼率不大于10-8。誤碼率測試如圖5所示。

圖5 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)誤碼率測試

5  系統(tǒng)應用

塔山煤礦電網(wǎng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)自安裝運行后,為指揮生產(chǎn)用電和節(jié)電工作提供了可靠的依據(jù),提高了塔山煤礦的用電管理水平,可靠的實現(xiàn)了遙信、遙測、遙控、遙調(diào)，進一步推進了煤礦供電管理向數(shù)字化，智能化的發(fā)展。

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