淺談營盤壕煤礦井下電力監(jiān)測監(jiān)控的實施

趙志征

(兗州煤業(yè)股份有限公司鄂爾多斯市營盤壕煤炭有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017399)

1 礦井概況

營盤壕礦井位于內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市西南部烏審旗境內，納林河礦區(qū)中部。根據礦井開拓開采部署及井下用電負荷分布情況，確定在井底設井下主變電所一座，主變電所擔負主排水泵、南翼膠帶輸送機、北翼膠帶輸送機、井底車場等井下負荷用電。在21采區(qū)、22采區(qū)分別設采區(qū)變電所，向采區(qū)內采掘工作面及采區(qū)內其他負荷供電。

2 礦井井下供電系統(tǒng)

中央變電所內設ZBK-G礦用一般型高壓真空配電裝置33臺， 4路進線選用線路光纖縱差型保護南瑞繼保 RCS-9613CS。排水泵饋出開關柜配置DPR364MF數(shù)字式電動機綜合保護裝置，其余各饋出開關柜配置南京弘毅DPR362LF線路微機綜合保護裝置及變壓器微機綜合保護裝置。所內還設有PDD礦用一般型低壓配電裝置12臺，礦用隔爆干式變壓器2臺。

21、22 采區(qū)變電所內設有BJGP9L-10型礦用隔爆高壓真空配電裝置，KBZ型礦用隔爆型選擇性漏電保護低壓真空配電裝置及KBSG型礦用隔爆干式變壓器等。

3 井下變電所電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

營盤壕煤礦采用KJ38煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)，包括DPS301M主站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、KJ38-F礦用隔爆兼本安型監(jiān)控分站和MPR300S系列數(shù)字式礦用綜合保護裝置，實現(xiàn)井下電網的實時監(jiān)控、繼電保護和運行管理等功能。該系統(tǒng)還可以接入符合Modbus或CAN總線通信協(xié)議的保護器、感應器及攝像機等自動化設備，并且可以集成地面符合類似規(guī)范或者CDT/IEC60875/61850等電力通信規(guī)范的自動化設備，構成地面和井下一體化的礦用電站自動化系統(tǒng)。

3.1 供電監(jiān)控系統(tǒng)的特點

（1）系統(tǒng)采用32位浮點運算的數(shù)字信號處理器（DSP）芯片作為保護裝置的處理器；采用高速采樣、平滑濾波采樣的方式，每周波24點的采樣密度以及頻率跟蹤技術，保護裝置具有很高的測量精度；采用了現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）技術，提高了系統(tǒng)的集成度、運算速度和可靠性。

（2）故障錄波及分析功能。錄波文件記錄各個故障動作的狀態(tài)和相關的輔助判據以及開入量狀態(tài)，為事故分析提供可靠依據。

（3）保護裝置具備自檢及互檢功能。保護裝置內部各模塊智能化設計，實現(xiàn)了裝置各模塊的全面實時自檢。

（4）保護裝置采用大屏幕液晶，顯示信息量大，液晶顯示操作可采用紅外遙控方式操作。

（5）具備強大的主站監(jiān)控功能。基于軟總線的分布式運行環(huán)境，可分別組成單機系統(tǒng)或多機系統(tǒng)；系統(tǒng)采用雙機熱備用技術，雙機數(shù)據自動同步技術，雙以太網通信技術；監(jiān)控信息主動上傳，是真正的多主結構。

3.2 供電監(jiān)控系統(tǒng)結構

KJ38煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)，采用分層、分布式、模塊化的設計思想，系統(tǒng)分成監(jiān)控層和間隔層兩層結構，監(jiān)控層和間隔層通過以太網或串口通信等方式聯(lián)接。

KJ38煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)充分考慮了系統(tǒng)組態(tài)的靈活性，可根據現(xiàn)場和用戶的不同需要實現(xiàn)不同規(guī)模的煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)模式。

3.3 系統(tǒng)組成

KJ38煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)組成如表1所示。

3.4 監(jiān)控層

系統(tǒng)監(jiān)控層包括DPS301M主站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、井下KJ-38內置的DPR371CME通信服務器。DPS301M主站自動化監(jiān)控系統(tǒng)完成系統(tǒng)數(shù)據采集、數(shù)據處理和遠程控制等功能；通信服務器完成網絡轉換、其他智能設備接入以及與遠程主站通信功能。

監(jiān)控層根據實際需求，組成獨立主機運行的拓撲結構，包括一臺地面主機和兩個采區(qū)變電所KJ-38內置的主機。如圖1所示。

圖1 獨立主機運行方式

監(jiān)控層存在多個監(jiān)控系統(tǒng)，各監(jiān)控系統(tǒng)獨立運行，之間沒有信息交互。各個監(jiān)控主機之間沒有主從關系，停掉其中任何一臺主機，不影響其他監(jiān)控主機的運行。

表1 KJ38煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)組成

3.5 間隔層

間隔層設備按間隔分散式安裝配置，各間隔層設備相互獨立、分布控制，僅通過通訊網絡連接。

營盤壕煤礦井下中央變電所的DPR300F系列間隔層設備采用以太網方式接入監(jiān)控層網絡，21采區(qū)和22采區(qū)變電所間隔層設備采用CAN Bus總線和Modbus通信協(xié)議互聯(lián)，組成間隔層通信網絡。經KJ38-F礦用監(jiān)控分站與井下以太網系統(tǒng)互聯(lián)，進而與地面監(jiān)控層網絡互聯(lián)。

4 安裝與調試

4.1 系統(tǒng)安裝

（1）KJ38煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)由礦用綜合保護裝置、KJ38-F礦用監(jiān)控分站及DPS301M主站監(jiān)控系統(tǒng)組成。KJ38煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)安裝包括以上裝置和系統(tǒng)的安裝。

（2）安裝程序。在礦用配電裝置中安裝MPR300S礦用綜合保護裝置；在井下變電站安裝KJ38-F礦用監(jiān)控分站，通過CAN Bus總線連接保護裝置，形成間隔層監(jiān)控網絡；安裝DPS301M主站監(jiān)控系統(tǒng)，通過以太網連接監(jiān)控分站，形成監(jiān)控層網絡。網絡連接示意如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)連接示意圖

淮南萬泰接線方式與此類似，使用Modbus協(xié)議接線至KJ38-F監(jiān)控分站。

4.2 系統(tǒng)調試

（1）井下中央變電所DPR300F系列安裝完成后通電試驗，檢查無異常，在后臺監(jiān)控系統(tǒng)中配置好數(shù)據庫和關聯(lián)，直接從地面主機通過環(huán)網連接，測試遙測、遙信、遙控正常。

（2）MPR300S礦用綜合保護裝置安裝完成后通電試驗，檢查顯示狀態(tài)應正常，顯示項目應完整，對礦用高壓配電裝置進行分合閘操作和狀態(tài)指示應正確。

（3）KJ38-F礦用監(jiān)控分站安裝完成后，通過CAN總線連接保護裝置，通電試驗，檢查本地監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)顯示應正常；對保護裝置進行控制操作和數(shù)據上傳操作試驗，信息應能在本地后臺上顯示。

（4）使用遙控器對保護裝置進行遙控操作顯示結果應對應，對監(jiān)控分站進行遙控分、合閘操作應正確。

（5）使用以太網連接主站監(jiān)控系統(tǒng)，對軟件系統(tǒng)進行調試，檢查主站系統(tǒng)畫面及參數(shù)顯示應正確；對MPR300S系列礦用綜合保護裝置進行控制操作和數(shù)據上傳操作試驗，主站系統(tǒng)顯示應正確；使用主站監(jiān)控系統(tǒng)進行遠方遙控操作試驗，結果應正確。

（6）淮南萬泰保護，由其提供對應規(guī)約，在通信服務器中下裝程序，并配置好遙測、遙信、遙控等功能，完成后同樣進行各項試驗，驗證功能完整性。

5 井下變電所電力監(jiān)測監(jiān)控的實施效果

井下共計3個變電所，正常值班需要6人，實現(xiàn)無人值守后，僅需要2人進行巡檢，并且人員無需輪休，可以節(jié)約人工6人。

（1）人工費用計算

月平均應發(fā)工資0.7萬×6人×12月=50.4萬

（2）停電影響費用計算

全年10個小時影響計算，系統(tǒng)正常后按每天3.6萬t計算，噸煤按280元計算，變電所自動化投入運行后可不計影響時間（立即恢復供電）：

（每天3.6萬t/24小時）×10h×噸煤280元=420萬元

因此，總計每年可節(jié)約資金470.4萬元。