淺談煤礦電力監控系統設計與產品選型

文章更新時間：2023-08-22　點擊量：886

摘要：為解決原電力監控系統通信混亂、傳感器采集速度慢、數據集中處理能力差，設計煤礦電力監控系統，即電力系統地面主站調度監控系統、地下電力監控站、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、數據集中處理能力差，為其他煤礦電力監控系統的設計提供了一定的參考，也為煤礦電網的穩定運行做出了一定的貢獻。

關鍵詞：電力監控；傳感器；綜合保護；監控分站

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的重要資源，供電性能直接影響煤礦的正常生產。由于煤礦電路負荷不穩定，地下環境惡劣，煤礦電力系統容易出現故障，故障維護非常復雜，使煤礦電網面臨巨大挑戰。據統計，我國煤礦電力系統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逐步完善，煤礦電網的運行穩定性得到了一定程度的提高。但部分煤礦電力監控系統存在通信混亂、傳感器采集速度慢、數據集中處理能力差等問題。因此，提高電力監控系統的運行效率和穩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]。本文根據前人的理論，設計了新的電力監控系統，為煤礦的穩定供電做出了一定的貢獻。

1電力監控系統簡介

電網為煤礦的安全生產提供了動力。與其他工業生產不同，需要在煤礦電力系統的各個環節提高安全系數。在設計電力監控系統時，確保監控系統能夠有效地監控煤礦電網。一般煤礦電力監控系統主要由地面主站調度監控系統、地下電力監控分站、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控系統相連，形成整個總線網絡。同時，各監控站通過光纖與地面監控調度系統連接，形成光纖以太網。

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

2電力監控系統設計

2.1地面主站調度監控系統設計

地面主站調度監控系統主要由數據服務器、通信柜、網絡設備等組成。數據服務器存儲系統的運行數據，便于后期查看；通信服務器交換變電站管理站與數據服務器之間的數據，達到數據信息傳輸的目的。地面電力監控調度中心配備電力集控軟件。在監控主機運行過程中，備用機與監控主機進行數據交換。當監控主機異常時，備用機及時更換監控主機進行冗余設置。

2.2井下電力監控分站設計

電力監控分站是地下電網控制的第一關，是電力監控系統的基礎部分。本文設計的電力監控分站采用KJ519-F礦用隔爆和本安監控站，可實時管理高爆開關，監控電網運行狀態。電力監控分站內有電源模塊、以太網交換機、后備電源等。電力監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。分站內控制箱是分站的核心，控制箱內有繼電器、PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器)、電源、接觸器等，主要實現電壓和電流數據的采集。同時，控制箱內有PLC，設備可實現控制輸出，控制箱可實時顯示系統內部監控數據，更好地實現人機交換。

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，首先要設計微機監控保護裝置。微機監控保護裝置采用GWZB-10微機保護裝置，主要用于額定電壓3300V、頻率50Hz的電網環境。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，提高監控系統的穩定性。

微機保護裝置內部設計有隔爆遙控器，用戶可以通過遙控器進行遠程系統操作，大大提高了操作系統的效率。同時，由于遙控器的使用，設備上的按鈕可以放棄，節省了礦山設備的復雜按鈕改造，提高了系統改造的效率。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，當發現設備故障時，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控系統的接口。

煤礦電網線路短，阻抗小，發生短路事故時電流大。為保證供電系統的穩定運行，設計了防越級跳閘保護系統。防越級跳閘保護系統采用光纖閉鎖信號，對系統線路段進行電流閉鎖保護。防越級跳閘系統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，收集信號后統一匯總信號，然后轉發到上級電路。

3安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

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品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監測設備、弧光保護裝置等設備，實現變電站、配電、電力安全運行和綜合管理。監控范圍包括用戶變電站、開關、變電站、配電室等。

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣有限公司根據電力系統自動化和無人值守要求，為35kV及以下電壓等級開發的分層分布式變電站監控管理系統。該系統是一個開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，應用于電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監控、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、農村電網變電站和用戶變電站，可實現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、穩定、經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、建筑、學校、商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統的工程設計、施工和運行維護。

3.3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、網絡通信層和現場設備層。網絡組裝方式可為標準網絡結構、光纖星網絡結構和光纖環網絡結構。根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積，綜合考慮網絡組裝方式。