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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:針對(duì)傳統(tǒng)煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)性能較差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確故障定位及報(bào)警、不具備數(shù)據(jù)交互功能等問題,結(jié)合分布式網(wǎng)絡(luò)及GPS授時(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套基于工業(yè)以太網(wǎng)及RS485總線架構(gòu)的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下供電網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障定位報(bào)警及各類開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的遠(yuǎn)程操作,從而實(shí)現(xiàn)井下供配電的無(wú)人值守,有效降低煤礦電網(wǎng)事故發(fā)生率,提高井下電網(wǎng)的供電質(zhì)量及可靠性。
關(guān)鍵詞:煤礦;電力監(jiān)控系統(tǒng);工業(yè)以太網(wǎng);RS485
0引言
煤礦供配電系統(tǒng)是維持整個(gè)煤礦采掘、運(yùn)輸、通 風(fēng)、排水等重要電氣設(shè)備正常工作及提供日常照明等用電的重要支撐,其運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性是煤礦高效生產(chǎn)的重要技術(shù)保障。由于煤礦供配電系統(tǒng)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)劇烈、無(wú)計(jì)劃停電、越級(jí)跳閘及故障排查困難等問題,因此容易引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸等嚴(yán)重事故。為了有效減少煤礦事故發(fā)生概率,提高煤礦供配電綜合管理水平及效率,需對(duì)煤礦供配電系統(tǒng)采用一體化實(shí)時(shí)監(jiān)控方案,進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)煤礦各變電所的無(wú)人值守功能。
本文針對(duì)35 kV及以下變電站監(jiān)控開發(fā)研制了煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)該煤礦現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造,主要內(nèi)容包括地面電力調(diào)控優(yōu)化設(shè)計(jì)及地面35 kV變電所.1360水平井下變電所、1100水平井下變電所優(yōu)化設(shè)計(jì),采用以太環(huán)網(wǎng)及RS485對(duì)通訊系統(tǒng)進(jìn)行重新架構(gòu),并對(duì)井下變電所內(nèi)的監(jiān)控分站和高低壓開關(guān)綜保裝置等重要設(shè)備進(jìn)行智能化升級(jí),從而建立了一套技術(shù)先進(jìn)、功能完整、易于管理的煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)。
1煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
1. 1 煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
本監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成,分別為地面監(jiān)控主站、電力監(jiān)控分站及綜合保護(hù)單元,系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。地面監(jiān)控主站主要由兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、交換機(jī)和UPS電源等設(shè)備組成,用于井下供電運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示及高開綜保裝置遠(yuǎn)程操作等指令的下達(dá),其中監(jiān)控主站采用雙機(jī)熱備份方式,保證系統(tǒng)可靠性電力監(jiān)控分站用于井下各供電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、處理與轉(zhuǎn)發(fā),其中高低壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置的通訊信號(hào)作為一組共同接入監(jiān)控分站。系統(tǒng)的通訊平臺(tái)架構(gòu)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)加現(xiàn)場(chǎng)總線的組合通訊方式,井下各變電所內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)由井下電力監(jiān)控分站通過RS485總線通訊方式及協(xié)議轉(zhuǎn)換進(jìn)行采集,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的就地集中監(jiān)測(cè)。同時(shí)監(jiān)控分站通過光纖以太環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控主站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互, 將各運(yùn)行數(shù)據(jù)集中上傳至監(jiān)控主站。
圖1電力監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
1.2 GPS對(duì)時(shí)子系統(tǒng)
為保證全系統(tǒng)運(yùn)行顯示時(shí)間準(zhǔn)確一致,在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 GPS對(duì)時(shí)子系統(tǒng),通過地面調(diào)控加裝的GPS對(duì)時(shí)裝置從GPS衛(wèi)星獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào), 并將該時(shí)間信號(hào)通過各類接口實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控主機(jī)、 綜保裝置、故障錄波器、遠(yuǎn)程RTU等需要時(shí)間信息的主要通訊設(shè)備,從而使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間達(dá)到同步。
1.3 數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)
本文設(shè)計(jì)了數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)用于加強(qiáng)對(duì)井下各變電所及供電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控,通過在電力系統(tǒng)平臺(tái)中加裝的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的固定式及云臺(tái)攝像頭對(duì)井下所有供電場(chǎng)所及設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字視頻采集。同時(shí)配置大容量硬盤將所有錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ),存儲(chǔ)時(shí)間不低于一個(gè)月。數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2硬件方案設(shè)計(jì)
本監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案主要分為地面調(diào)控硬件設(shè)計(jì)及井下供電監(jiān)控硬件設(shè)計(jì)。其中地面調(diào)控硬件除原系統(tǒng)具備的數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、UPS電源外,還包括GPS對(duì)時(shí)子系統(tǒng)及數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)中的GPS對(duì)時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)等設(shè)備。井下硬件設(shè)計(jì)方案主要包括各井下監(jiān)控分站及高低壓開關(guān)綜保裝置的升級(jí)改造,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行及防越級(jí)功能。
本文采用GPS對(duì)時(shí)裝置實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)同步。數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)中的硬盤錄像機(jī)可保證錄像子系統(tǒng)可靠運(yùn)行。井下監(jiān)控分站是實(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)上傳及監(jiān)控主站控制指令執(zhí)行的重要設(shè)備,滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及采集需求。 由于井下高壓電網(wǎng)大多數(shù)供電線路較短,線路阻抗小,且運(yùn)行方式差異較大,在發(fā)生短路故障時(shí)容易發(fā)生越級(jí)跳閘,嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)。因此,本文對(duì)原系統(tǒng)井下高低壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置進(jìn)行改造,將其更換為具有防越級(jí)跳閘功能的智能保護(hù)器,并增設(shè)遠(yuǎn)近控模塊實(shí)現(xiàn)井下分合閘智能控制。
本系統(tǒng)對(duì)井下高壓開關(guān)及低壓饋電開關(guān)進(jìn)行保護(hù),除了具備常規(guī)保護(hù)裝置的功能外,還可通過系統(tǒng)級(jí)聯(lián)及網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與地面保護(hù)形成實(shí)時(shí)防越級(jí)跳閘網(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)在井下所有高壓開關(guān)、低壓饋電及照明綜保等受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)近控改造,從開關(guān)引出的線纜接入井下監(jiān)控分站,監(jiān)控分站通過控制中間繼電器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近控,系統(tǒng)改造線路如圖所示。通過該遠(yuǎn)近控改造后系統(tǒng)可在任意時(shí)刻分閘,而合閘需在遠(yuǎn)近控狀態(tài)下進(jìn)行,從而保證檢修。
圖3接線圖
3軟件方案設(shè)計(jì)
煤礦電力監(jiān)控平臺(tái)主要功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)管理等,其中系統(tǒng)及線路的負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)可根據(jù)采集數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)機(jī)、中央變電所等位置的電壓、電流等主要電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線繪制,可從地面調(diào)控更直觀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)。
在常規(guī)報(bào)警功能基礎(chǔ)上,系統(tǒng)還添加了時(shí)間順序記錄功能,當(dāng)井下供電設(shè)備發(fā)生故障并報(bào)警后,系統(tǒng)可自動(dòng)按時(shí)間順序記錄繼保裝置及斷路器開斷的時(shí)間并上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器用于后續(xù)事故分析。時(shí)間順序記錄.
4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
4.1概述
針對(duì)用戶變電站(一般為35kV及以下電壓等級(jí)),通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的運(yùn)行和管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求,針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù),集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng),適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站,可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站控制和管理,滿足變電站無(wú)人或少人值守的需求,為變電站、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
4.2應(yīng)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及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
4.3系統(tǒng)架構(gòu)
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì),可分為三層:站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層,組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)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(tǒng)功能
4.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電參數(shù)信息,動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
4.4.2 電參量查詢:在配電一次圖中,可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。
4.4.3 曲線查詢:可以直接查看各電參量曲線。
4.4.4 運(yùn)行報(bào)表:查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。
4.4.5 實(shí)時(shí)告警:具有實(shí)時(shí)告警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位,保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
4.4.6 歷史事件查詢:對(duì)事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
4.4.7 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表:系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。
4.4.8 用戶權(quán)限管理:設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。
4.4.9 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D:支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.4.10 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè):可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。
4.4.11 遙控功能:可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
4.4.12 故障錄波:可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。
4.4.13 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(wěn)態(tài)信息。
4.4.14 Web訪問:展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息,設(shè)備通信狀態(tài),用電分析和事件記錄。
4.4.15 APP訪問:設(shè)備數(shù)據(jù)頁(yè)面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。
4.5系統(tǒng)硬件配置
5 結(jié)束語(yǔ)
本文為適應(yīng)煤礦供電監(jiān)控要求,基于工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)設(shè)計(jì)了一套監(jiān)測(cè)參數(shù)、數(shù)據(jù)交互性強(qiáng)的智能煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng),并增加了 GPS實(shí)時(shí)授時(shí)、數(shù)字視頻錄像及防越級(jí)跳閘等功能,可實(shí)現(xiàn)煤礦供電設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控,保證煤礦供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
參考文獻(xiàn):
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[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版本
作者簡(jiǎn)介:
劉細(xì)鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。