煤礦井下電力智能監控系統研究

胡利俠

摘要：隨著以太網通訊的普及，大數據、物聯網應用的飛速發展，智能變電站、智能配網技術的日臻成熟，給煤礦井下供電系統智能化、標準化提供了堅實基礎。煤礦井下電力智能監控系統基于TCP/IP通訊模式，可對整個礦井供電系統進行集中連續的監控，來解決影響煤礦供電安全的實際問題，致力于提高煤礦供電的可靠性和自動化程度。

關鍵詞：監控系統;智能;通訊;監控;

引言

煤礦供電系統的可靠性直接影響著煤礦的生產安全和人身安全，建設可靠、穩定、自動化、標準化的智能供電系統是煤礦建設中關鍵要素之一。隨著煤礦采掘、提升、通風、運輸等用電設備的技術革新，設備的動力負荷也越來越大，原有的供電系統保護監控模式已經不能滿足供電系統的新需求。具體體現在以下幾個方面：

目前主流的煤礦電力監控系統是以實現“四遙”特征的調度自動化建設方式，其目標是“集中調度、減員增效”，不能實現與視頻監控系統、門禁系統的數據共享和聯動，不能實現實時管理的自動化點檢制度、更不具備在線調試、電量監測等智能運維功能，不能滿足國家安全監管總局、國家煤礦安監局《關于減少井下作業人數提升煤礦安全保障能力的指導意見》中“實現井下排水系統、變電所遠程監控和無人值守”的要求。

現有行業標準不健全或偏低降低了供電設備廠家準入的門檻，造成保護裝置產品質量差、互換性差、通訊速率低，經常發生不明原因的誤動、拒動，從而降低了煤礦供電系統的安全運行水平、加大了煤礦供電系統實施無人化的難度。

煤礦電力監控系統、視頻監控系統、門禁系統、點檢系統各自“孤軍奮戰”，不能實現數據共享。

因此，要對整個煤礦供電系統的管理實現提升，就必須向全系統電力信息數字化、通訊平臺網絡化、信息共享標準化的智能方向發展。

1系統組成

煤礦井下電力智能監控系統地面設備主要有監控主機、監控備機、DSI5111數字線路保護裝置、DSI5011通訊管理機、地面工業以太網交換機、UPS電源、計算機軟件（包括操作系統、中心站軟件）、網絡打印機等。

井下設備主要有礦用隔爆兼本安型電力分站（以下簡稱分站）、礦用隔爆型直流穩壓電源（以下簡稱電源）、礦用隔爆兼本質安全型高壓真空配電裝置（內置DSI5711一般礦用兼本質安全型智能綜合保護器，以下簡稱配電裝置）及通信光纜、電纜等組成。

2系統工作原理

系統采用樹形結構、單層和多層連接方式（也可以采用光纖環網冗余結構增加系統可靠性），將監控主機、監控備機、光纖交換機、電力分站、配電裝置（內置DSI5711一般礦用兼本質安全型智能綜合保護器）等設備連接在一起，形成一個完整、實用的煤礦供電監控系統。

系統監控主機通過光纖交換機、數據接口周期性的輪流與各監控分站進行通信，將接收到的實時信息進行處理和存盤，并通過本機顯示器顯示出實時值;另外，它還可以顯示各種歷史曲線、圖形并能通過打印機打印出各種報表和曲線等。各監控分站不停地向各保護裝置輪詢索要數據，并進行轉換和整理，在監控主機輪詢到該分站時將數據通過數據接口、光纖交換機傳輸到地面監控主機;同時接收監控主機發來的各種控制命令，進行轉換后再轉發到對應的保護裝置;配電裝置（內置DSI5711一般礦用兼本質安全型智能綜合保護器）的各種模擬量、開關量信號進行實時采集和處理，在開關發生故障時進行跳閘保護，并接收監控分站轉發來的各種控制命令，對開關進行對應操作;在監控分站輪詢到該裝置時將數據上傳至監控分站。分站往上使用工業以太網光纖傳輸技術（TCP/IP）和分站到配電裝置（內置DSI5711一般礦用兼本質安全型智能綜合保護器）使用工業以太網電纜傳輸技術（TCP/IP）。

3系統實施方案

3.1建設獨立的電力監控運維主站，運維主站實現系統管理、設備運維、在線仿真測試等高級運維功能。通過規約與生產調度接口連接，實現生產監測和電源調度等功能。

3.2更換新型智能保護器，既可運行于地面變電所又可運行在井下高爆開關。全面提升新型智能保護的功能，其不僅實現常規的保護功能，還將后備電源方案、獨立測量、一次設備監測、電度計量、諧波監測等內容集成化實現，同時智能保護器也是實現可靠的防越級跳閘、準確的漏電選線的主要載體。

3.3系統采用以太網作為通訊接口。智能保護器支持以太網接口，統一物理接口，同時以太網的高速率高兼容性為智能化功能實現提供了基礎。

3.4利用IEC61850的GOOSE技術實現保護裝置間的信息互享，并利用共享的裝置信息結合智能配電網的FA技術實現故障時“先定位、后跳閘”，進而實現準確的故障隔離，解決越級跳閘問題。

3.5采用配網調度自動化技術代替傳統的調度自動化技術，調度主站不在面向各個變電所而是直接面向各個保護裝置，實現有效信息的海量上傳并大幅度提高通訊相應速度。

3.6引入配網自動化系統的接地判據，檢測到母線絕緣異常后，投入故障判據。此時既可以由保護設備瞬時切除故障支路，也可以由監控系統結合網絡拓撲情況，確定接地點所處的分支，并發出告警信息。

3.7實現電力智能監控系統與點檢系統的數據共享，即保證設備發生異常前得到正常檢修，又能避免過度檢修。

4系統通訊方式

煤礦井下高低壓設備還停留在現場總線型（RS485）的方式上，在煤礦電力監控系統的核心高低壓保護裝置如果通訊方式不能夠進步，嚴重制約了監控系統的性能指標，因此礦用高低壓保護（尤其是高壓保護）將通訊方式設計成以太網的通訊方式是井下供電系統的一次革命，也是能夠做到煤礦電力監控系統標準化的關鍵。

5系統組態監控系統設計

監控系統地面集控中心有地面監控計算機以及通訊設備組成，通訊設備將井下各監控單元獲得的信號傳遞給地面監控計算機，在監控主機的組態軟件IDA9000上顯示井下各個電氣設備的電壓、電流、功率因數等電氣參數值，還可判斷其是否發生漏電、過流、過壓、欠壓、短路、斷相等故障，實時反映出井下各個開關的運行狀態、故障信息，方便井上監控人員對井下情況及時了解，做出正確判斷和反應，對井下電氣設備的開關進行分合門操作，以實現遠程控制。

6效益分析

煤礦井下電力智能監控系統對于煤礦供電系統實現無人化具有重要的意義，是建設煤礦供電系統無人化的基礎，解決煤礦供電系統困擾多年的“越級跳閘”、“漏電選擇性”、電力監控系統的性能指標具有很現實的意義。

該系統提高了煤礦供電系統的可靠性、降低和減少設備運行維護的工作量，真正的實現減員增效，對于我國煤礦企業井下供電系統的建設具有現實的指導意義，以淮北礦業童亭煤礦為例進行經濟效益分析如下：

1）人員工資成本的降低，按照目前童亭礦高壓變電所減少值班操作人員18人（平均工資6萬/人）計算，每年可直接減少人員成本100多萬元。

2）供電系統及原件的使用壽命按照國家標準應滿足不低于10年的使用壽命，新投入的供電系統設備比目前運行的設備提高1/3的使用壽命，節約了大量的材料費用投入。

7結語

系統采用智能變電站、智能配網的先進技術、規范、標準和成熟應用經驗，直接提高了煤礦智能化、自動化、標準化的水平，同時通過該系統的實施完善了企業標準，進一步促進高、低壓保護產品的質量和標準化程度提高，大大提高了煤礦供電的可靠性和自動化程度。

參考文獻：

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（作者單位：淮北礦業童亭煤礦）