礦井供電監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

摘要：為了確保實(shí)現(xiàn)杏花煤礦綜合自動(dòng)化全面實(shí)施，作為煤礦重要系統(tǒng)之一的供電系統(tǒng)需滿足自動(dòng)化要求，因此在對(duì)杏花煤礦作自動(dòng)化設(shè)計(jì)同時(shí)，對(duì)其高、低壓開(kāi)關(guān)進(jìn)一步改造提出建議。

關(guān)鍵詞：礦井供電 監(jiān)控系統(tǒng) 改造

0 引言

杏花煤礦變配電監(jiān)控系統(tǒng)包括：地面6kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)、井下中央變電所監(jiān)控系統(tǒng)、東一采區(qū)變電所監(jiān)控系統(tǒng)及中一采區(qū)變電所監(jiān)控系統(tǒng)。為了確保實(shí)現(xiàn)杏花煤礦綜合自動(dòng)化全面實(shí)施，作為煤礦重要系統(tǒng)之一的供電系統(tǒng)需滿足自動(dòng)化要求，因此在對(duì)杏花煤礦作自動(dòng)化設(shè)計(jì)同時(shí)，對(duì)其高、低壓開(kāi)關(guān)進(jìn)一步改造提出建議。

1 地面6kV變電所監(jiān)控系統(tǒng)

地面6kV變電所已經(jīng)改造，淘汰了舊設(shè)備，選用了新高、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。因此結(jié)合變電所實(shí)際及自動(dòng)化技術(shù)要求，設(shè)計(jì)一套地面6kV變電所監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 技術(shù)要求 高壓開(kāi)關(guān)要求：能夠提供電壓、電流等電氣參數(shù)信號(hào)；提供高、低壓開(kāi)關(guān)柜分合閘狀態(tài)信號(hào)；具備可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的功能。

1.2 監(jiān)測(cè)、監(jiān)控內(nèi)容 監(jiān)測(cè)高、低壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)每個(gè)高壓回路，電流、電壓等電氣參數(shù)；具有遠(yuǎn)程操作功能（地面6kV變電所原則不允許遠(yuǎn)程控制，在設(shè)置操作權(quán)限后，可以做到遠(yuǎn)程監(jiān)控）。

1.3 系統(tǒng)方案 地面6kV變電所監(jiān)控系統(tǒng)可以考慮3種方案。下面就改造方案作一闡述。

第一種方案：配置高壓綜保、采用通訊接口方式 高、低壓開(kāi)關(guān)配置智能微機(jī)綜合保護(hù)單元（綜保），綜保可采集電壓、電流等電器參數(shù)，監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)。綜保帶有RS485接口，提供標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，通過(guò)RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備、光纜等，將綜保與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心；RJ45接口，TCP/IP協(xié)議。

第二種方案：采用硬結(jié)線方式 采用PLC控制系統(tǒng)。電壓、電流等模擬信號(hào)通過(guò)硬結(jié)線接至PLC，高壓開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)信號(hào)也通過(guò)硬結(jié)線接至PLC，由PLC完成數(shù)據(jù)采集。選用西門子公司S7-300PLC，PLC配置CP343-1以太網(wǎng)通訊模塊，與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接。通過(guò)地面光纖環(huán)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳至調(diào)度中心。

第三種方案：配置電量采集模塊監(jiān)測(cè)、檢測(cè)高、低壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)及電氣參數(shù) 高壓開(kāi)關(guān)通過(guò)電力監(jiān)測(cè)模塊和分布式ET200M I/O模塊，完成各柜的電參數(shù)檢測(cè)、合分閘控制與開(kāi)關(guān)量參數(shù)檢測(cè)，低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)通過(guò)ET200M I/O，完成狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)及進(jìn)線柜的合分閘控制。高壓開(kāi)關(guān)選用PMM2000電力監(jiān)測(cè)模塊。選用西門子公司S7-300PLC，PMM2000電力監(jiān)測(cè)模塊、ET200M I/O通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC通訊；由PLC完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、上傳。PLC配置以太網(wǎng)通訊模塊，與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接。通過(guò)地面光纖環(huán)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳至調(diào)度中心。電力監(jiān)測(cè)模塊、ET200M安裝在PLC柜內(nèi)。

以上3種方案，第一種方案方便易行，造價(jià)不是很高，但杏花煤礦6kV變電所高、低壓開(kāi)關(guān)已經(jīng)改造完，再進(jìn)行二次改造比較困難，且通過(guò)RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備，通訊效果不好；第二種方案雖然為傳統(tǒng)控制模式，但可靠性高，方便易行，目前杏花煤礦6kV變電所設(shè)備適合這種方案；第三種方案采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式，可靠性高，但工程改造復(fù)雜，成本也高。經(jīng)比較選用第2種方案。

2 井下中央變電所監(jiān)控系統(tǒng)

杏花煤礦井下中央變電所與中央泵房在一個(gè)硐室，二者監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。現(xiàn)在中央變電所高壓開(kāi)關(guān)還是手動(dòng)操作產(chǎn)品，杏花煤礦這次技改工程，即將更換新型設(shè)備。為了保證中央變電所實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控，特對(duì)中央變電所設(shè)備改造及實(shí)施自動(dòng)化工程提出技術(shù)要求，并作出相應(yīng)實(shí)施方案。

2.1 技術(shù)要求 高壓開(kāi)關(guān)要求：能夠提供電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率等電氣參數(shù)信號(hào)；提供高壓開(kāi)關(guān)柜分合閘狀態(tài)信號(hào)和控制高壓開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程集中控制的接入端子；具備可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的功能。

2.2 監(jiān)測(cè)、監(jiān)控內(nèi)容 監(jiān)測(cè)高、低壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)每個(gè)高壓回路，電流、電壓等電氣參數(shù)；具有遠(yuǎn)程操作功能。

2.3 系統(tǒng)方案 井下中央變電所高壓開(kāi)關(guān)柜配置綜保，帶有RS485接口，提供標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議；通過(guò)在井下主排水PLC配置CP341模塊，將綜保接入PLC，有PLC完成高壓開(kāi)關(guān)電力參數(shù)采集；通過(guò)井下光纖環(huán)網(wǎng)，將電力參數(shù)上傳，能夠在礦調(diào)度中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率。

3 采區(qū)變電所監(jiān)控系統(tǒng)

杏花煤礦采區(qū)變電所包括東一采區(qū)變電所、中一采區(qū)變電所。東一采區(qū)變電所礦用隔爆型真空配電開(kāi)關(guān)，已經(jīng)更換為河南省濟(jì)源市防爆器材有限責(zé)任公司產(chǎn)品，中一采區(qū)變電所即將更換。新設(shè)備在電量采集、顯示等功能有了較之以前有很大提高，但沒(méi)有提供通訊接口，而且防爆殼沒(méi)有外接喇叭口，由此看來(lái)，目前采區(qū)變電所不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控。但考慮杏花煤礦今后綜合自動(dòng)化擴(kuò)展，作出了以下技術(shù)要求，預(yù)先設(shè)計(jì)了采區(qū)變電所監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 技術(shù)要求 高、低壓防爆開(kāi)關(guān)要求：能夠提供電壓、電流、電量等電氣參數(shù)信號(hào)；提供高、低壓開(kāi)關(guān)柜分合閘狀態(tài)信號(hào)；高壓防爆開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的功能，低壓防爆開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。變電所高壓防爆開(kāi)關(guān)配置綜合保護(hù)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率等電氣參數(shù)采集；配置綜保裝置，對(duì)外提供至少一個(gè)RS485通訊接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議；高低壓防爆開(kāi)關(guān)具有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。

3.2 主要設(shè)備 東一采區(qū)變電所、中一采區(qū)變電所礦用隔爆高、低壓開(kāi)關(guān)。

3.3 監(jiān)測(cè)、監(jiān)控內(nèi)容 礦用隔爆高、低壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障狀態(tài)，電壓、電流等電器參數(shù)。高壓防爆開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的功能，低壓防爆開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

3.4 系統(tǒng)方案 可以考慮3種方案。

方案一 變電所高壓隔爆開(kāi)關(guān)配置綜合保護(hù)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率等電氣參數(shù)采集；配置綜保裝置，帶有RS485通訊接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議。通過(guò)RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備、光纜等，將綜保與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接，通過(guò)井下光纖環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心；RJ45接口，TCP/IP協(xié)議。

方案二 采用PLC控制系統(tǒng)。電壓、電流等模擬信號(hào)通過(guò)硬結(jié)線接至PLC，高壓開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)信號(hào)也通過(guò)硬結(jié)線接至PLC，由PLC完成數(shù)據(jù)采集。選用西門子公司S7-300PLC，PLC配置CP343-1以太網(wǎng)通訊模塊，與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接。通過(guò)井下光纖環(huán)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳至調(diào)度中心。PLC配置于礦用隔離防爆柜，輸出本安信號(hào)。

方案三 采區(qū)變電所高壓隔爆開(kāi)關(guān)柜通過(guò)PMM2000電力監(jiān)測(cè)模塊和ET200M I/O分布式I/O模塊，完成各柜的電參數(shù)檢測(cè)、合分閘控制與開(kāi)關(guān)量參數(shù)檢測(cè)，低壓進(jìn)線通過(guò)ET200M I/O，完成狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)及進(jìn)線柜的合分閘控制，全部開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)成為能可靠接入自動(dòng)化系統(tǒng)的智能柜。控制站選用西門子公司S7-300 PLC，ET200M I/O站及PMM2000電力監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)Profibus-DP總線接入PLC，完成變電所高低壓開(kāi)關(guān)的監(jiān)控功能。PLC配置以太網(wǎng)通訊模塊，與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接；通過(guò)地面光纖環(huán)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳至調(diào)度中心。PLC配置于防爆柜，輸出本安信號(hào)。

以上3種方案，第一種方案中，由于杏花煤礦采區(qū)變電所高、低壓開(kāi)關(guān)已經(jīng)改造完，另配置綜保設(shè)備比較困難，且通訊效果不好；第二種方案實(shí)施，采用硬結(jié)線方式，可靠性高，成本低，但也涉及高壓防爆隔離開(kāi)關(guān)問(wèn)題；第三種方案采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式，控制技術(shù)先進(jìn)，可靠性強(qiáng)，但也涉及到高壓隔離防爆開(kāi)關(guān)改造問(wèn)題，且成本也高。因此，采區(qū)變電所方案具體采用，需根據(jù)礦方設(shè)備再次改造再定。