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(shí)際情況，進(jìn)行了井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。相較于改進(jìn)之前的供電系統(tǒng)，新供電監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，縮短了供電系統(tǒng)的故障排查時(shí)間，提高了采煤設(shè)備利用率，降低了供電系統(tǒng)維護(hù)成本，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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

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(hù)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(jìn)需要實(shí)時(shí)移動，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)一號煤礦決定開展井下供電監(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)測分站和各個(gè)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(jì)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(hù)裝置，還能實(shí)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(fù)責(zé)井下變電所設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工作，接受監(jiān)控中心發(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(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，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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(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；配置2臺操作監(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(fù)責(zé)井下供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(bào)警閥值、信號范圍等。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(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至信息管理系統(tǒng)進(jìn)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(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)及故障診斷報(bào)警等，包括報(bào)警畫面、系統(tǒng)診斷畫面、在線幫助畫面、實(shí)時(shí)和歷史報(bào)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(shí)時(shí)運(yùn)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(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，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(hù)器、高低壓開關(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(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(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(jìn)行的操作消息，確定是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的預(yù) 修改。當(dāng)需要對數(shù)據(jù)庫進(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(jìn)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(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(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)定可靠，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(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 /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(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)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(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、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).

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(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：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)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(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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(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)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(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：可以對整個(gè)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。

5.4.11 遙控功能：可以對整個(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)，自動準(zhǔn)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(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：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(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：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(yùn)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(jìn)設(shè)計(jì)工作。試運(yùn)行結(jié)果表明系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了井下供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)存儲調(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。