煤礦智能供電監(jiān)控系統(tǒng)的設計研究

房 斌

（霍州煤電集團供電分公司調(diào)度室，山西 霍州 031400 ）

1 前言

KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)是充分考慮到礦山供電的實際情況而設計制造的對煤礦井下供電進行監(jiān)測監(jiān)控的一個重要生產(chǎn)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)井下變電所無人，對煤礦地面和井下供電系統(tǒng)實施一體化的實時監(jiān)控，智能化程度的提高在減員增效以及節(jié)能方面也起到了至關重要的作用，同時供電系統(tǒng)對現(xiàn)場設備狀態(tài)實時監(jiān)測，實現(xiàn)對設備壽命周期管理，對預防維護和確定性維護功能有著關鍵作用，最終實現(xiàn)降低倒閘時間、快速準確故障定位，提高供電系統(tǒng)供電可靠性和安全性。

2 智能供電監(jiān)控系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)描述

KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控主機、專業(yè)電力監(jiān)控軟件、井下監(jiān)控分站、以LM系列礦用電器智能保護器為核心單元的礦用防爆電器及地面和井下網(wǎng)絡交換機組成，煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖l所示。

圖1 煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)圖

（1）地面監(jiān)控主機。采用專業(yè)的電力監(jiān)控軟件PowerPro，對煤礦供電系統(tǒng)實時監(jiān)控，并通過主、備機雙機互備提高系統(tǒng)的可靠性。（2）井下監(jiān)控分站。井下監(jiān)控分站通過多路RS485/CAN總線連接礦用高低壓電器，通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)連接地面監(jiān)控主機。具有數(shù)據(jù)的采集、顯示、控制及傳輸?shù)裙δ?。?）礦用防爆電器。礦用防爆電器的核心單元為和利時的LM系列礦用智能保護器，通過LM系列礦用智能保護器及數(shù)據(jù)采集模塊、電參量變送器等，采用RS485或CAN總線連接到井下監(jiān)控分站。（4）光纖通信網(wǎng)絡。多個地面和井下網(wǎng)絡交換機之間通過光纜組成工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，作為數(shù)據(jù)傳輸平臺。

2.2 系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)采用自主研發(fā)專用電力系統(tǒng)軟件PowerPro實現(xiàn)系統(tǒng)的構架，在電力監(jiān)控主機上實現(xiàn)配電所的數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制，實現(xiàn)配電變電所的無人值守。井下監(jiān)控分站具備RS485和CAN通信接口，可以接入國內(nèi)絕大多數(shù)廠家的煤礦供電設備。配備彩色顯示屏，實時顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)、組態(tài)畫面、故障報警等信息。LM系列礦用電器智能保護器，集測量、控制與保護于一體，穩(wěn)定可靠，可以直接與井下監(jiān)控分站實現(xiàn)“無縫”連接。

系統(tǒng)能有效實時監(jiān)測設備運轉(zhuǎn)情況，定時限進行故障保護，具有故障自診斷功能，此外和利時LM系列礦用電器智能保護器具有精確的久電壓延時保護功能，可以躲避線路瞬時失電壓，避免其引起的大面積跳閘。

系統(tǒng)具備完善的越限提醒、故障報警等功能，一旦出現(xiàn)故障，能快速定位故障類型和故障地點，縮短維修時間，減少停電時間?？蛇x擇接入視頻攝像頭，可以在地面視頻監(jiān)控機上存儲、監(jiān)視和刻錄。三級設備相對獨立：主機、分站、供用電設備都能進行就地操作，三級設備獨立工作，上級設備和通信線路的損壞不影響底層設備的運行。

3 系統(tǒng)關鍵設備分析

3.1 煤礦隔爆兼本安分站

（1）數(shù)據(jù)查詢功能。通過配備的彩色顯示屏和操作按鍵，可以查詢連接在分站上的所有的底層設備和分站自身的實時數(shù)據(jù)、定值等參數(shù)界面顯示功能。

（2）數(shù)據(jù)傳輸功能。上傳：把底層設備的遙測、遙信、SOE、錄波等數(shù)據(jù)上傳地面計算機監(jiān)控軟件。下傳：根據(jù)地面計算機監(jiān)控軟件的命令實現(xiàn)各個開關的合、分閘操作，以及根據(jù)地面計算機軟件進行底層設備的定值等參數(shù)設定功能。

（3）數(shù)據(jù)掉電保持功能。井下分站內(nèi)部集成有不間斷電源，在系統(tǒng)掉電情況下，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。

3.2 LM系列礦用電器智能保護器

3.2.1 保護器功能

（1）測量和顯示功能。實時測量開關、移變、磁力起動器等井下電力設備的電流、電壓、頻率、功率、電能、相位角、開關狀態(tài)、漏電電阻值等參數(shù)，通過彩色顯示屏或者文本屏進行數(shù)據(jù)顯示。

（2）保護功能。包括過電壓、欠電壓、過電流、短路、漏電、過負荷、斷相、絕緣監(jiān)測等保護功能。

（3）控制功能。具有遠程和就地控制功能，可以通過遠程計算機實現(xiàn)對底層設備的控制，也可以通過當?shù)仫@示屏進行控制。

（4）參數(shù)設定功能。具有遠程和就地參數(shù)設定功能，可以通過遠程計算機實現(xiàn)對底層設備的定值、網(wǎng)絡參數(shù)的設定，也可以通過當?shù)仫@示屏進行設置。

（5）通信功能。本安型RS485接口與以太網(wǎng)，支持標準Modbus-RTU、Modbus-TCP、PROFIBUSDP等協(xié)議，具備數(shù)據(jù)和故障信息的實時上傳和遠程控制、參數(shù)設定功能。

3.2.2 保護器特點

（1）具有專用保護一體機和智能PLC型保護器兩種類型，滿足供配電不同應用場合的需要；

（2）專用保護一體機特點：“傻瓜型”結構，操作簡單方便，易維護；

（3）智能PLC型保護器特點：PLC交流AD采樣技術對柜控設備的電壓、電流進行采集，實現(xiàn)PLC式的控制、保護和測量功能。智能PLC型保護器I/O擴展方便，可以實現(xiàn)用戶可編程，其編程軟件應符合IEC61131-3標準?？蛇x配彩色顯示屏，操作界面友好，模塊內(nèi)部集成有本安型RS485通信接口。

（4）實現(xiàn)廠區(qū)電網(wǎng)質(zhì)量實時監(jiān)測，為改善用電質(zhì)量提供科學數(shù)據(jù)依據(jù)。

（5）系統(tǒng)元件簡化，接線少，易維護，故障率低。

4 通信架構及采用的通信協(xié)議

采用通用現(xiàn)場總線方式RS485、CAN等可與站內(nèi)其他煤礦供電設備進行通信，可以接人國際國內(nèi)絕大多數(shù)廠家的煤礦供電設備，同時可以通過RS485、以太網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)進行通信，支持如 Modbus、IEC60870-5-101/102/103/104、CDT、DNP3.0、OPC等多種通信協(xié)議。

5 實踐應用分析

KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)在霍州煤電集團龐龐塔煤礦進行了實踐應用，運行穩(wěn)定可靠，提高了煤礦的用電管理水平，可靠地實現(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。