胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文介紹了自動(dòng)化電力控制系統的概念、優(yōu)勢和組成，簡(jiǎn)要分析了電力監控設備軟件設計的不足，并指出了電力監控系統在煤礦多種場(chǎng)合的應用，期望給煤礦電力設備自動(dòng)化監管平臺建設提供有益的思考。

關(guān)鍵詞：煤礦，自動(dòng)化，電力監控系統

0引言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多煤礦企業(yè)為不斷降低生產(chǎn)成本、減輕員工的勞動(dòng)強度在生產(chǎn)過(guò)程中引入自動(dòng)化電力監控設備,大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。目前，煤礦企業(yè)普遍釆用的供電系統電力監控設備主要依靠微機設備實(shí)現，雖然該技術(shù)投入使用時(shí)間較長(cháng)，技術(shù)成熟度較高，但在監控軟件設計、自動(dòng)化控制、系統程序優(yōu)化等方面存在不足。為了實(shí)現對煤礦電力系統的高效監控，需要加強優(yōu)化電力軟件和系統設計能力，將完善的電力監控體系引入煤礦建設和生產(chǎn)，實(shí)現在煤炭工業(yè)中多方面的應用。

1自動(dòng)化電力控制系統的概述

1.1自動(dòng)化控制技術(shù)概念

自動(dòng)化控制技術(shù)是一項在工農業(yè)領(lǐng)域廣泛使用，包含機械、電氣等學(xué)科自動(dòng)化設計及自動(dòng)化控制的相關(guān)理論和技術(shù)的總和。自動(dòng)化技術(shù)的顯著(zhù)特點(diǎn)是智能化、信息化，通過(guò)現代化的控制技術(shù)和手段，解放了勞動(dòng)力，提高了單位生產(chǎn)效率，避免了員工置身于危險、繁重、低效的工作環(huán)境中。自動(dòng)化控制技術(shù)反映了現代工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步,煤炭工業(yè)電力控制系統也在不斷完善自動(dòng)化電力管網(wǎng)建設，使得煤礦生產(chǎn)更加安全、高效。近年來(lái),物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)等技術(shù)的興起為電力系統自動(dòng)化建設提供了物質(zhì)和技術(shù)支撐，國家和社會(huì )層面逐漸深入討論了自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展和應用,煤礦企業(yè)應加強電力自動(dòng)化技術(shù)研究，充分挖掘自動(dòng)化技術(shù)在電力監控系統的應用渠道，以推動(dòng)我國煤炭工業(yè)長(cháng)期健康發(fā)展。

1.2自動(dòng)化控制的優(yōu)勢

傳統煤礦開(kāi)采屬于人員密集性行業(yè)，井下生產(chǎn)大多依賴(lài)人工方式,工作效率低下，人員暴露在高溫、高濕、多粉塵的作業(yè)環(huán)境中，存在多種安全生產(chǎn)隱患。而自動(dòng)化控制的顯著(zhù)優(yōu)勢是將運行過(guò)程和管理方式自動(dòng)化，大大減少了從業(yè)人員的投入數量，提高了電力設備運行的安全性。在煤礦電力設備監管中引入自動(dòng)化技術(shù)和裝備，一方面，可以降低勞動(dòng)者暴露在危險環(huán)境的頻次，保障從業(yè)人員的生命和企業(yè)財產(chǎn)安全;另一方面，可以提升煤礦井下裝備利用自動(dòng)化的水平，以及對危險介質(zhì)和因素監測的精度和效率,克服了以往人工監測的弊端，有利于建立監測、分析、預警為一體的電力設備自動(dòng)化監測平臺。電力監控系統自動(dòng)化平臺建設可以實(shí)現24h不間斷、Q方位的有效監測，有效銜接電氣設備監管的各環(huán)節，以提升電力設備安全管理的水平。一旦電力設備任意環(huán)節出現故障，通過(guò)自動(dòng)化監測平臺能夠快速監測故障來(lái)源，判斷故障類(lèi)型和危害度，為后續電氣設備檢修提供有益的方案，有效避免了人工監視易產(chǎn)生的疏漏、監管不力等弊端,提高了井下電氣設備安全監管能力，延長(cháng)了設備的使用壽命。

1.3煤礦電力監控系統的組成

目前，我國多數煤礦電力監控系統的結構大致可以分為地面監控系統、監控和通訊設備以及其他保障設備3層。地面監控系統是自動(dòng)化電力監控平臺的核心部件，也是煤礦地面安全監控網(wǎng)絡(luò )建設的重要內容。地面監控系統包括監控計算機、操作軟件、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、USP電源等設備，地面監控系統的操作軟件具有客戶(hù)端和瀏覽器的雙重功能，拓寬了裝置運營(yíng)環(huán)境,采用與煤礦運營(yíng)要求相符的組態(tài)軟件可以進(jìn)一步優(yōu)化電力監控網(wǎng)絡(luò )層級，達到信息共享和遠程監控的目的。煤礦電力監控平臺正常運作主要依靠以太網(wǎng)的橋梁作用，在地面監控站與地下接收站、通訊接口與通訊接口、通訊接口與接收分站之間均依靠以太網(wǎng)進(jìn)行信息遠距離傳送，從而實(shí)現對井下工作環(huán)境和設備狀態(tài)的全天候、不間斷監視和管理。煤礦電力監控自動(dòng)化平臺體系的基礎是設備層,其主要包括高、低壓配電柜、配電開(kāi)關(guān)、繼電保護設備、電力傳感設備、電路信號測量設備等，應搜集關(guān)于井下電氣設備各項運行參數的詳細信息，并通過(guò)以太網(wǎng)傳送給地面電力監控平臺進(jìn)行分析和處理。

2煤礦電力監控系統的設計

2.1遠程控制和監視系統的設計

在煤礦自動(dòng)化電力設備監控系統的建設過(guò)程中，一個(gè)直接的用途是實(shí)現變電設備的遠程遙控和監視功能，而上述功能的實(shí)現需要大量電氣監測數據的支持，為此，需要在井下變電站傳輸單元配置防爆千兆光纖傳輸設備，以保障數據傳輸的需要。利用智能終端收集井下電氣設備工作參數，將控制設備開(kāi)關(guān)的斷路器連接在每個(gè)智能終端，方便電氣設備管理人員在安全范圍內遠程操作變電站斷路器的斷開(kāi)與閉合，實(shí)現對電力設備的智能化遠程監控。建設煤礦電力設備監控設備時(shí)，在變電站調度室安裝自動(dòng)追蹤攝像探頭，不間斷監視變電站重要裝置參數和斷路器，并根據需要調整監控探頭的角度，達到遠程監視員工行為和重要電氣設備的目的。要想順利運轉上述的遠程控制和監視系統，除了需要安裝防爆千兆電纜，還需要構建變電站環(huán)形網(wǎng)絡(luò )，對電氣設備的信息數據進(jìn)行分類(lèi)、分組傳輸，以避免發(fā)生數據擁擠、數據延遲等數據傳輸故障。

2.2變電站自動(dòng)化監控軟件的設計

變電站自動(dòng)化監控軟件設計的初衷是為井下中央變電室的電源系統提供安全保護，防止高壓電路電流出現過(guò)載現象，下文以SCADA自動(dòng)監控系統為例進(jìn)行說(shuō)明。煤礦重點(diǎn)變電站過(guò)載保護裝置主要由饋線(xiàn)保護、總線(xiàn)耦合器和母線(xiàn)接收器等部件組成，當中央變電站饋線(xiàn)保護系統監測到電路電流超過(guò)規定值的80%時(shí),過(guò)載保護單元發(fā)送故障信號。當饋電線(xiàn)路故障進(jìn)一步惡化，接近甚至達到饋線(xiàn)保護程度的設定值時(shí)，過(guò)載保護會(huì )引導斷路器跳閘防止災害擴大。過(guò)載保護可以加快電流過(guò)載故障判定的速率，使電氣設備安全指數更高，因此，煤礦自動(dòng)化電力監控軟件SCADA體現了電氣監控系統的安全性與穩定性。但該監測軟件使用過(guò)程也暴露出一些問(wèn)題，例如，軟件代碼穩定性不足導致儲存信息碎片化、分布式模塊設計將相同功能分配至不同板塊、通信設備和服務(wù)器的待機模式無(wú)法提高系統可靠性等問(wèn)題，需要煤礦電氣工程技術(shù)人員根據具體應用需求進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)設計。

2.3電力自控系統內部的設計

設計電力自控系統內部時(shí)，應根據煤礦企業(yè)對自動(dòng)控制模塊的功能要求開(kāi)展相對應的設計工作。井下電力系統監控應具備“四遙"功能，包括CPU模塊、數據存貯模塊、控制模板和GPRS/CDMA數據通信模塊，要求各部分模塊相互配合，快速査找故障節點(diǎn)，根據信息反饋的故障類(lèi)型采取處置手段，并將故障檢修過(guò)程記錄后保存在數據庫以備日后查驗。井下電力自控系統搭載的保護裝置應具備聯(lián)網(wǎng)功能，方便升級改造系統軟件;根據不同電力控制設備的類(lèi)型和應用場(chǎng)景，綜合考慮設置保護參數及多種控制策略，以滿(mǎn)足井下生產(chǎn)對電力控制調節的要求。此外，電力自控系統應實(shí)時(shí)監測各設備的運行狀態(tài)，及時(shí)分析采集的數據，并匯總成圖表和歷史曲線(xiàn)，方便電氣設備操作人員更加快速、直觀(guān)地了解電氣設備運行參數，進(jìn)而根據生產(chǎn)變化調節保護參數，確保各電氣裝置順利開(kāi)展工作。

3自動(dòng)化電力監控系統在煤礦的應用

3.1煤礦電力智能化監控平臺的應用

煤礦電力智能化監控平臺能有機整合本礦區所有電氣設備，主扇風(fēng)機機房、提升機房、主泵機房等動(dòng)力設備通過(guò)集控技術(shù)整合，經(jīng)過(guò)交換機和光纖設備實(shí)現信息交換,調控各系統間的參數細節,*終利用數據傳輸終端連接現場(chǎng)數據與遠程控制中心，實(shí)現井下電氣設備運行狀況的平臺化管理。在煤礦自動(dòng)化控制平臺環(huán)境中，電氣設備管理人員可通過(guò)一個(gè)用戶(hù)界面的數據庫管理井下多臺電氣設備,大大節省了系統接口的成本，減少了電氣設備的配件釆購和應用數量。此外，工程技術(shù)人員維護和保養電氣設備時(shí)，借助智能化監控平臺,依靠數字化編程和監控軟件的應用，可不斷優(yōu)化電氣設備檢修程序，縮小非必要、重復性檢修范圍，大大節省了電氣設備管理和維護成本。

3.2在煤礦變電站場(chǎng)所的應用

變電站是維持煤礦電氣設備正常運轉的核心設備，將自動(dòng)化、智能化控制手段引入煤礦中央變電站控制平臺，可實(shí)現計算機技術(shù)與煤礦輸電供電技術(shù)的深度融合，便于煤礦電網(wǎng)數字化、自動(dòng)化管理。在煤礦變電站的日常管理中，解決不同電源間的電位差問(wèn)題保障電氣設備正常工作是重點(diǎn)話(huà)題,這需利用等電位連接技術(shù)。鑒于煤礦電氣設備內部結構比較復雜，若不能有效控制等電位的連接方式，極有可能造成電氣設備實(shí)際功率不穩定而發(fā)生故障。因此，需要將電氣自動(dòng)化技術(shù)引入煤礦變電站管理平臺，一方面嚴格控制等電位連接路徑，另一方面合理規劃電氣設備網(wǎng)絡(luò )分布，不斷優(yōu)化相似功率電氣設備位置分配，提高電氣設備等電位連接的可靠性。同時(shí)，煤礦電力監控智能平臺可將電氣裝置模擬數據、脈沖數據等實(shí)時(shí)運行數據反饋至中央控制室，方便電氣設備控制人員遠距離調節斷路器的斷開(kāi)和閉合，*終實(shí)現井下電氣設備的平穩高效運轉。

3.3在電氣設備管理方面的應用

在電氣設備管理方面，一些煤礦企業(yè)傾向于采用人工方式管理電氣設備，很容易因人員主觀(guān)因素導致電氣設備運行偏差，高度依賴(lài)電氣工程技術(shù)人員的個(gè)人經(jīng)驗，經(jīng)過(guò)多次檢驗排查后才能消除電氣設備故障，增加了企業(yè)生產(chǎn)性成本。為此,煤礦企業(yè)管理人員應高度重視自動(dòng)化電力監控設備的使用價(jià)值，引入*新的電力監管設備和技術(shù)充實(shí)現有電氣設備管理模式?，F代煤礦電氣設備管理通常釆用以太網(wǎng)作為信息溝通的橋梁，引入多種煤礦開(kāi)采機械化設備和運輸設備,充分整合礦山電力監控系統、煤炭運輸及保護系統、井下通風(fēng)排水系統等自動(dòng)化遠程控制平臺，將多設備、多功能的監控技術(shù)應用在煤礦生產(chǎn)，降低了煤礦企業(yè)電力設備運營(yíng)成本，提升了企業(yè)電氣設備整體的安全性和穩定性。

3.4在電力通信方面的應用

在電力通信設備應用方面，煤礦自動(dòng)化電力監視系統也有廣泛的應用環(huán)境。數據服務(wù)器作為一種電氣信號數字化處理中樞，不但能監控智能控制平臺的參數，還能利用Web服務(wù)器進(jìn)行適當的數字運算，大大拓寬了電氣設備監管平臺的應用場(chǎng)景，例如，數據服務(wù)器可以估算電氣設備運行參數的上、下限模擬量，并針對電氣設備釆集電路學(xué)參數進(jìn)行周期性存儲，方便隨時(shí)調用電氣設備的運行數據。在通訊服務(wù)器環(huán)節，釆用防爆千兆光纖傳輸數據,將數據服務(wù)器、監控工作站以及變電所之間通過(guò)數據連接，利用以太網(wǎng)模式將各服務(wù)器接口模式兼容,實(shí)現了電氣設備監控數據、數字信號轉化、數字格式化等工作的高效銜接。在實(shí)際電力通信設備管理中，許多煤礦企業(yè)采用雙機備用系統以保障井下、井上電氣設備的連通，在不影響電力監控設備使用需求的前提下，實(shí)現電力設備互為備用，避免單一設備損壞影響整體電力監控系統的正常運行。

4.安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

4.1概述

針對用戶(hù)變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過(guò)微機保護裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、配電室環(huán)境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動(dòng)化的綜合監控系統，實(shí)現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶(hù)變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動(dòng)化及無(wú)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控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)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、監測、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，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站Q方位的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

4.2應用場(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(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

4.3系統架構

Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)用電規模、用電設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系統功能

（1）實(shí)時(shí)監測：直觀(guān)顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

（2）電參量查詢(xún)：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

（3）曲線(xiàn)查詢(xún)：可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

（4）運行報表：查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數。

（5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢(xún)：對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

（7）電能統計報表：系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況。

（8）用戶(hù)權限管理：設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

（9）網(wǎng)絡(luò )拓撲圖：支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

（10）電能質(zhì)量監測：可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。

（11）遙控功能：可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

（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)穩態(tài)信息。

（14）Web訪(fǎng)問(wèn)：展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

（15）APP訪(fǎng)問(wèn)：設備數據頁(yè)面顯示各設備的電參量數據以及曲線(xiàn)。

4.5系統硬件配置

5結論

綜上所述，自動(dòng)化電力監控系統是一項推動(dòng)煤礦企業(yè)監視和調節電氣設備運行的關(guān)鍵性技術(shù)，值得煤礦企業(yè)管理人員高度重視。目前，在煤礦企業(yè)普遍推進(jìn)數字化管理的背景下，通過(guò)優(yōu)化遠程控制和監視系統設計、變電站自動(dòng)化控制系統設計、電力自控系統內部設計，滿(mǎn)足了自動(dòng)化電力監控設備在監控平臺建設、變電站場(chǎng)所、電氣設備管理和電力通信設備的應用，實(shí)現了電力設備的自動(dòng)化、智能化管理，應不斷將煤礦電力監測系統推向更加正確、科學(xué)的管理模式。

參考文獻

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