摘要：為解決原電力監(jiān)控系統(tǒng)通信混亂、傳感器采集速度慢、數(shù)據(jù)集中處理能力差，設計煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、地下電力監(jiān)控站、礦山綜合保護測控裝置，分析其運行原理，解決通信混亂、傳感器采集速度慢、數(shù)據(jù)集中處理能力差，為其他煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計提供了一定的參考，也為煤礦電網(wǎng)的穩(wěn)定運行做出了一定的貢獻。

關鍵詞：電力監(jiān)控；傳感器；綜合保護；監(jiān)控分站

引言

我國煤炭資源儲量豐富。隨著煤炭資源的大量開采，煤炭資源開采所需的能源也在逐漸增加。電力資源是維持煤礦生產(chǎn)的重要資源，供電性能直接影響煤礦的正常生產(chǎn)。由于煤礦電路負荷不穩(wěn)定，地下環(huán)境惡劣，煤礦電力系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，故障維護非常復雜，使煤礦電網(wǎng)面臨巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計，我國煤礦電力系統(tǒng)的主要故障可分為相間斷路、單相接地、斷線等。為確保煤礦電網(wǎng)運行安全，供電管理部門需要對煤礦供電人員進行培訓，對地下自動化提出更高的要求[1-2]。目前，我國大部分煤礦自動化系統(tǒng)逐步完善，煤礦電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性得到了一定程度的提高。但部分煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)存在通信混亂、傳感器采集速度慢、數(shù)據(jù)集中處理能力差等問題。因此，提高電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性是煤礦供電的重要研究課題。在此之前，許多學者對此進行了一定的分析和研究[3-4]。本文根據(jù)前人的理論，設計了新的電力監(jiān)控系統(tǒng)，為煤礦的穩(wěn)定供電做出了一定的貢獻。

1電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介

電網(wǎng)為煤礦的安全生產(chǎn)提供了動力。與其他工業(yè)生產(chǎn)不同，需要在煤礦電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)提高安全系數(shù)。在設計電力監(jiān)控系統(tǒng)時，確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地監(jiān)控煤礦電網(wǎng)。一般煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、地下電力監(jiān)控分站、礦用綜合保護測控裝置三部分組成。各變電站的保護裝置與監(jiān)控系統(tǒng)相連，形成整個總線網(wǎng)絡。同時，各監(jiān)控站通過光纖與地面監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)連接，形成光纖以太網(wǎng)。

設計的電力監(jiān)控系統(tǒng)需要滿足電網(wǎng)正常運行的數(shù)據(jù)匯總要求，包括無功功率、電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等，并能準確判斷負載的用電量。電力監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)控變電站的運行參數(shù)，并在控制屏幕上顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)，同時對系統(tǒng)過載、漏電、斷相、短路等進行緊急處理，避免故障損壞。

2電力監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)設計

地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)服務器、通信柜、網(wǎng)絡設備等組成。數(shù)據(jù)服務器存儲系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，便于后期查看；通信服務器交換變電站管理站與數(shù)據(jù)服務器之間的數(shù)據(jù)，達到數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)哪康?。地面電力監(jiān)控調(diào)度中心配備電力集控軟件。在監(jiān)控主機運行過程中，備用機與監(jiān)控主機進行數(shù)據(jù)交換。當監(jiān)控主機異常時，備用機及時更換監(jiān)控主機進行冗余設置。

2.2井下電力監(jiān)控分站設計

電力監(jiān)控分站是地下電網(wǎng)控制的第一關，是電力監(jiān)控系統(tǒng)的基礎部分。本文設計的電力監(jiān)控分站采用KJ519-F礦用隔爆和本安監(jiān)控站，可實時管理高爆開關，監(jiān)控電網(wǎng)運行狀態(tài)。電力監(jiān)控分站內(nèi)有電源模塊、以太網(wǎng)交換機、后備電源等。電力監(jiān)控分站的工作電壓為AC127V，配備2組NI-MHD8500mA12V備用電源，共有4條通信線路，通信方式為RS485、半雙工，主從3種，*大傳輸距離為1公里，傳輸速度為9600bit/s。分站內(nèi)控制箱是分站的核心，控制箱內(nèi)有繼電器、PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器)、電源、接觸器等，主要實現(xiàn)電壓和電流數(shù)據(jù)的采集。同時，控制箱內(nèi)有PLC，設備可實現(xiàn)控制輸出，控制箱可實時顯示系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)控數(shù)據(jù)，更好地實現(xiàn)人機交換。

2.3礦用綜合保護測控裝置設計

要設計礦用綜合保護測控裝置，首先要設計微機監(jiān)控保護裝置。微機監(jiān)控保護裝置采用GWZB-10微機保護裝置，主要用于額定電壓3300V、頻率50Hz的電網(wǎng)環(huán)境。微機保護裝置的核心是32臺單片機。高精度微互感器和工業(yè)級外圍芯片是保護裝置的輔助部分。它們具有很高的靈敏度和可靠性。它們還配備了各種內(nèi)部抗干擾措施，以避免信息傳輸過程中的外部干擾。保護裝置具有自檢功能和硬件閉鎖保護功能。通過不斷的自檢，可以保證設備的正常運行，提高監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

微機保護裝置內(nèi)部設計有隔爆遙控器，用戶可以通過遙控器進行遠程系統(tǒng)操作，大大提高了操作系統(tǒng)的效率。同時，由于遙控器的使用，設備上的按鈕可以放棄，節(jié)省了礦山設備的復雜按鈕改造，提高了系統(tǒng)改造的效率。此外，通過設置控制值來控制保護裝置，可以查詢和修改控制值。保護裝置定期檢查其運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)設備故障時，可以定位故障芯片。保護裝置配備RS-485/RS-232標準通信接口，能更好地匹配電力監(jiān)控系統(tǒng)的接口。

煤礦電網(wǎng)線路短，阻抗小，發(fā)生短路事故時電流大。為保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，設計了防越級跳閘保護系統(tǒng)。防越級跳閘保護系統(tǒng)采用光纖閉鎖信號，對系統(tǒng)線路段進行電流閉鎖保護。防越級跳閘系統(tǒng)主要包括智能光纖控制服務器SU20、礦用智能光纖保護PA61和PA63。PA63防越級跳閘微機保護集控制、通信、測量、防越級等功能于一體；智能光纖控制服務器SU20主要用于收集閉鎖信號，收集信號后統(tǒng)一匯總信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)到上級電路。

3安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

3.1概述

對于用戶變電站（一般35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接觸無線溫度測量產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)測設備、弧光保護裝置等設備，實現(xiàn)變電站、配電、電力安全運行和綜合管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開關、變電站、配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化和無人值守要求，為35kV及以下電壓等級開發(fā)的分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個開放式、網(wǎng)絡化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，應用于電力自動化技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)控、控制、通信等功能于一體。適用于35kV及以下電壓等級的城市電網(wǎng)、農(nóng)村電網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)變電站的全面控制和管理，滿足變電站無人值守或少人值守的需要，為變電站的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。

3.2應用場所

適用于軌道交通、工業(yè)、建筑、學校、商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)的工程設計、施工和運行維護。

3.3系統(tǒng)架構

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層。網(wǎng)絡組裝方式可為標準網(wǎng)絡結構、光纖星網(wǎng)絡結構和光纖環(huán)網(wǎng)絡結構。根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積，綜合考慮網(wǎng)絡組裝方式。

3.4系統(tǒng)功能

實時監(jiān)控、電參查詢、曲線查詢、運行報告、實時報警、歷史事件查詢、電能統(tǒng)計報告；

用戶權限管理；網(wǎng)絡拓撲圖；電能質(zhì)量監(jiān)測；遙控功能；故障記錄波；事故回憶；網(wǎng)絡訪問；應用程序訪問；

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結語

根據(jù)前人的研究，設計了煤礦電力監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)煤礦實際供電需求和電網(wǎng)工作性能分析，設計了地面主站調(diào)度監(jiān)測系統(tǒng)、地下電力監(jiān)測站、礦用綜合保護測控裝置，深入分析了三個模塊的運行過程和運行原理，為煤礦電網(wǎng)的安全運行提供了一定的參考。

參考文獻

［1］高正中，王亞男，?；蹠?，等.用于礦井電網(wǎng)電壓同步頻率檢測的改進型 DSOGI-PL［J］.工礦自動化，2020，46(8)：75-81.

［2］王清亮，楊博，高梅，等.基于等效電導的礦井電網(wǎng)智能漏電保護方法［J］.工礦自動化，2020，46(6)：59-64.

［3］王文欣，郝鵬坤，宋亮亮.大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)在電網(wǎng)集控運維中的應用［J］.農(nóng)村電氣化，2021(3)：39-40.

［4］謝楓，岳虎，王莉，等.基于數(shù)據(jù)集成的電網(wǎng)全渠道一體化監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］.電子設計工程，2021，29(17)：152-155.[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

［5］劉波.煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)設計研究.

［6］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.