北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司 吳升 王彥斌 高保衛(wèi)

 

摘要： 介紹了KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)是一套基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線智能通訊技術(shù)，采用WINCE嵌入式軟件、分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和MACS-SCADA工控組態(tài)軟件技術(shù)，對(duì)煤礦井下高低壓電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)電力數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、故障診斷、故障記錄、自動(dòng)化控制以及管理的大型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下供電系統(tǒng)及其用電設(shè)備的“四遙”（遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)）功能。同時(shí)介紹了該系統(tǒng)在同煤塔山煤礦的應(yīng)用情況。

 

關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控；MACS-SCADA；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場(chǎng)總線；

 

1 概述

如今煤礦機(jī)械化和自動(dòng)化程度的不斷提高, 安全供電是保證各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行的必要條件。煤礦供配電系統(tǒng)可靠的運(yùn)行對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)顯得十分重要。盡管近年來煤礦供電管理部門在改進(jìn)井下配電裝備、應(yīng)用新技術(shù)成果的同時(shí)，不斷強(qiáng)化人員素質(zhì)的管理，使煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性得到了提高，但由于人為因素造成的供電事故時(shí)有發(fā)生，影響了煤礦的安全生產(chǎn)。另外，供電部門每天用于值班和線路維護(hù)的工作人員較多，勞動(dòng)生產(chǎn)率較低。因而，對(duì)井下供電系統(tǒng)實(shí)施微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控以及實(shí)現(xiàn)變電所無人值守就顯得十分迫切。就目前的煤礦供電系統(tǒng)而言，雖然微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)也得到了應(yīng)用，但主要是針對(duì)地面供電系統(tǒng)，用于井下的微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控裝置還不多，大部分是在防爆開關(guān)中設(shè)置漏電保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、斷相保護(hù)等保護(hù)功能,采區(qū)內(nèi)配電設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能較弱。實(shí)現(xiàn)井下變電所無人值守, 就是要實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)四遙功能和各種保護(hù)功能。KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)煤礦供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用地面電力自動(dòng)化系統(tǒng)的較新技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等開發(fā)的新一代煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)煤礦地面和井下供電系統(tǒng)實(shí)施一體化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，該系統(tǒng)為礦井電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了現(xiàn)代化的管理手段。

 

2 系統(tǒng)組成與功能

 

2.1 系統(tǒng)組成

KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)主要由井下電力監(jiān)控設(shè)備和地面中心站組成。在地面電力監(jiān)控調(diào)度中心安裝系統(tǒng)主機(jī)及相關(guān)設(shè)備，將井下供電監(jiān)控設(shè)備信號(hào)通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳送到地面電力監(jiān)控調(diào)度中心，集中控制管理。

 

本系統(tǒng)可分為四個(gè)層次：基礎(chǔ)設(shè)備層（高低壓綜合保護(hù)器）、中控層（KJ626-F電力監(jiān)控分站、傳輸通訊層（井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)）、地面監(jiān)視監(jiān)控層（地面電力監(jiān)控調(diào)度中心）可顯示供電系統(tǒng)運(yùn)行圖和各種圖表曲線等。其中基礎(chǔ)設(shè)備層主要完成高低壓開關(guān)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、保護(hù)和控制執(zhí)行，并通過RS485總線接入電力監(jiān)控分站中，監(jiān)控分站與傳輸通訊層連接，通過傳輸通訊平臺(tái)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)高速傳輸?shù)降孛姹O(jiān)視監(jiān)控層（地面電力監(jiān)控調(diào)度中心）。

 

KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)框圖如下圖1。

 

圖1 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)框圖

 

2.2 系統(tǒng)主要功能

圖2所示為KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)圖，它能實(shí)時(shí)反映饋電開關(guān)分/合狀態(tài)、電流、電壓、功率、溫度等模擬量數(shù)值、變壓器及電纜是否帶電等。該系統(tǒng)供電圖可局部放大。

 

圖2 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)圖

 

(1) 遙信功能: 實(shí)時(shí)反映開關(guān)的分、合閘狀態(tài),包括開關(guān)運(yùn)行參數(shù)、正常、事故遙信變位。

 

(2) 遙測(cè)功能: 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電量、無功電量、功率因數(shù)及絕緣監(jiān)視電阻等電力參數(shù)。如圖3所示。

 

圖3 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)“四遙”功能

 

(3) 遙控功能: 地面遠(yuǎn)程控制及閉鎖、井下開關(guān)斷路器或接觸器的遙控分、合閘操作、保護(hù)信號(hào)復(fù)歸操作和啟動(dòng)錄波操作等。

 

(4) 遙調(diào)功能: 遠(yuǎn)方保護(hù)定值召喚、整定修改及打印。設(shè)定時(shí)為了定值設(shè)定的安全可靠, 分定值預(yù)設(shè)和定值固化兩步進(jìn)行。

 

(5) 保護(hù)功能: 具有漏電閉鎖、過流（短路、過負(fù)荷等）、欠壓、過壓、接地、斷相保護(hù)功能，抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，速度快。

 

(6) 自診斷功能：當(dāng)系統(tǒng)中綜合保護(hù)器、分站、傳輸光纜等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警并記錄故障時(shí)間和故障設(shè)備，以供查詢及打印。如圖4所示。

 

(7) 系統(tǒng)具有以地點(diǎn)、名稱和設(shè)備編號(hào)為索引的存儲(chǔ)和查詢功能：饋電開關(guān)分/合等開關(guān)量變化時(shí)刻及狀態(tài)；設(shè)備故障/恢復(fù)正常工作時(shí)刻及狀態(tài)等；過流（短路、過負(fù)荷等）、過壓、斷相、接地、漏電、誤操作等保護(hù)/恢復(fù)時(shí)刻及狀態(tài)；

 

(8) 系統(tǒng)具有模擬量實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示功能。能在同一坐標(biāo)上用不同顏色顯示較大值、平均值、較小值等曲線。可設(shè)時(shí)間標(biāo)尺，并可顯示出對(duì)應(yīng)時(shí)間標(biāo)尺的模擬量值和時(shí)間等。系統(tǒng)應(yīng)能在同一時(shí)間坐標(biāo)上，同時(shí)顯示模擬量曲線和開關(guān)狀態(tài)圖等。

 

(9) 系統(tǒng)具有軟件自監(jiān)視功能。

 

(10) 系統(tǒng)上位機(jī)具有實(shí)時(shí)顯示各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖形、曲線和表格等功能, 能夠完成歷史曲線打印、報(bào)表查詢、報(bào)表設(shè)計(jì)和圖形繪制等功能。

 

(11) 系統(tǒng)具有人機(jī)對(duì)話功能，以便于系統(tǒng)生成、參數(shù)修改、功能調(diào)用、控制命令輸入等。并具有操作權(quán)限管理功能。

 

(12) 系統(tǒng)具有雙機(jī)切換功能。系統(tǒng)主機(jī)雙機(jī)備份，并具有手動(dòng)切換功能。當(dāng)工作主機(jī)發(fā)生故障時(shí)，備份主機(jī)投入工作。

 

圖4 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)故障報(bào)警日志記錄

 

4 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

 

4.1模擬量/累計(jì)量輸入傳輸處理誤差

模擬量/累計(jì)量輸入傳輸處理誤差不大于1.0%。

 

4.2系統(tǒng)巡檢周期與控制響應(yīng)時(shí)間

系統(tǒng)巡檢周期小于10s。遠(yuǎn)程控制響應(yīng)時(shí)間與異地控制響應(yīng)時(shí)間均小于系統(tǒng)巡檢周期，就地控制響應(yīng)時(shí)間不大于2s。

 

4.3較大傳輸距離

綜合保護(hù)器至分站之間的傳輸距離不小于2km；分站與交換機(jī)之間的傳輸距離不小于10km。

 

4.4較大監(jiān)控容量

系統(tǒng)理論可接入分站數(shù)量為：16臺(tái)。分站理論可接入的饋電開關(guān)數(shù)量為：32臺(tái)。

 

4.5雙機(jī)切換時(shí)間

從工作主機(jī)故障到備用主機(jī)投入正常工作時(shí)間小于2min。

 

4.6傳輸性能

a)交換機(jī)與交換機(jī)之間及與分站之間通信：

傳輸方式：?jiǎn)文９饫w；

傳輸速率：10/100/1000Mbps自適應(yīng)；

光功率：（-25～0）dBm；

較大傳輸距離：10km。

 

b)分站與饋電開關(guān)之間通信：

傳輸方式：RS485

傳輸速率：9600bps

信號(hào)傳輸電壓峰峰值：（1～5）V；

信號(hào)傳輸電流幅值：≤15mA；

較大傳輸距離：2km；

 

c)交換機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信：

傳輸方式：?jiǎn)文９饫w

傳輸速率：10/100/1000Mbps自適應(yīng)；

光功率：（-25～0）dBm；

較大傳輸距離：10km。

 

4.7誤碼率

誤碼率不大于10-8。誤碼率測(cè)試如圖5所示。

 

圖5 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)誤碼率測(cè)試

 

5  系統(tǒng)應(yīng)用

塔山煤礦電網(wǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)自安裝運(yùn)行后,為指揮生產(chǎn)用電和節(jié)電工作提供了可靠的依據(jù),提高了塔山煤礦的用電管理水平,可靠的實(shí)現(xiàn)了遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)，進(jìn)一步推進(jìn)了煤礦供電管理向數(shù)字化，智能化的發(fā)展。