煤礦井下電力智能監(jiān)控系統(tǒng)研究

胡利俠

摘要：隨著以太網(wǎng)通訊的普及，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的飛速發(fā)展，智能變電站、智能配網(wǎng)技術(shù)的日臻成熟，給煤礦井下供電系統(tǒng)智能化、標(biāo)準(zhǔn)化提供了堅實基礎(chǔ)。煤礦井下電力智能監(jiān)控系統(tǒng)基于TCP/IP通訊模式，可對整個礦井供電系統(tǒng)進(jìn)行集中連續(xù)的監(jiān)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(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng);智能;通訊;監(jiān)控;

引言

煤礦供電系統(tǒng)的可靠性直接影響著煤礦的生產(chǎn)安全和人身安全，建設(shè)可靠、穩(wěn)定、自動化、標(biāo)準(zhǔn)化的智能供電系統(tǒng)是煤礦建設(shè)中關(guān)鍵要素之一。隨著煤礦采掘、提升、通風(fēng)、運輸?shù)扔秒娫O(shè)備的技術(shù)革新，設(shè)備的動力負(fù)荷也越來越大，原有的供電系統(tǒng)保護(hù)監(jiān)控模式已經(jīng)不能滿足供電系統(tǒng)的新需求。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

目前主流的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)是以實現(xiàn)“四遙”特征的調(diào)度自動化建設(shè)方式，其目標(biāo)是“集中調(diào)度、減員增效”，不能實現(xiàn)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和聯(lián)動，不能實現(xiàn)實時管理的自動化點檢制度、更不具備在線調(diào)試、電量監(jiān)測等智能運維功能，不能滿足國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局《關(guān)于減少井下作業(yè)人數(shù)提升煤礦安全保障能力的指導(dǎo)意見》中“實現(xiàn)井下排水系統(tǒng)、變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守”的要求。

現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不健全或偏低降低了供電設(shè)備廠家準(zhǔn)入的門檻，造成保護(hù)裝置產(chǎn)品質(zhì)量差、互換性差、通訊速率低，經(jīng)常發(fā)生不明原因的誤動、拒動，從而降低了煤礦供電系統(tǒng)的安全運行水平、加大了煤礦供電系統(tǒng)實施無人化的難度。

煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、點檢系統(tǒng)各自“孤軍奮戰(zhàn)”，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

因此，要對整個煤礦供電系統(tǒng)的管理實現(xiàn)提升，就必須向全系統(tǒng)電力信息數(shù)字化、通訊平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的智能方向發(fā)展。

1系統(tǒng)組成

煤礦井下電力智能監(jiān)控系統(tǒng)地面設(shè)備主要有監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控備機(jī)、DSI5111數(shù)字線路保護(hù)裝置、DSI5011通訊管理機(jī)、地面工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、UPS電源、計算機(jī)軟件（包括操作系統(tǒng)、中心站軟件）、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。

井下設(shè)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(wěn)壓電源（以下簡稱電源）、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓真空配電裝置（內(nèi)置DSI5711一般礦用兼本質(zhì)安全型智能綜合保護(hù)器，以下簡稱配電裝置）及通信光纜、電纜等組成。

2系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用樹形結(jié)構(gòu)、單層和多層連接方式（也可以采用光纖環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)增加系統(tǒng)可靠性），將監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控備機(jī)、光纖交換機(jī)、電力分站、配電裝置（內(nèi)置DSI5711一般礦用兼本質(zhì)安全型智能綜合保護(hù)器）等設(shè)備連接在一起，形成一個完整、實用的煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)通過光纖交換機(jī)、數(shù)據(jù)接口周期性的輪流與各監(jiān)控分站進(jìn)行通信，將接收到的實時信息進(jìn)行處理和存盤，并通過本機(jī)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(jī)打印出各種報表和曲線等。各監(jiān)控分站不停地向各保護(hù)裝置輪詢索要數(shù)據(jù)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和整理，在監(jiān)控主機(jī)輪詢到該分站時將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口、光纖交換機(jī)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主機(jī);同時接收監(jiān)控主機(jī)發(fā)來的各種控制命令，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后再轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的保護(hù)裝置;配電裝置（內(nèi)置DSI5711一般礦用兼本質(zhì)安全型智能綜合保護(hù)器）的各種模擬量、開關(guān)量信號進(jìn)行實時采集和處理，在開關(guān)發(fā)生故障時進(jìn)行跳閘保護(hù)，并接收監(jiān)控分站轉(zhuǎn)發(fā)來的各種控制命令，對開關(guān)進(jìn)行對應(yīng)操作;在監(jiān)控分站輪詢到該裝置時將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控分站。分站往上使用工業(yè)以太網(wǎng)光纖傳輸技術(shù)（TCP/IP）和分站到配電裝置（內(nèi)置DSI5711一般礦用兼本質(zhì)安全型智能綜合保護(hù)器）使用工業(yè)以太網(wǎng)電纜傳輸技術(shù)（TCP/IP）。

3系統(tǒng)實施方案

3.1建設(shè)獨立的電力監(jiān)控運維主站，運維主站實現(xiàn)系統(tǒng)管理、設(shè)備運維、在線仿真測試等高級運維功能。通過規(guī)約與生產(chǎn)調(diào)度接口連接，實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)測和電源調(diào)度等功能。

3.2更換新型智能保護(hù)器，既可運行于地面變電所又可運行在井下高爆開關(guān)。全面提升新型智能保護(hù)的功能，其不僅實現(xiàn)常規(guī)的保護(hù)功能，還將后備電源方案、獨立測量、一次設(shè)備監(jiān)測、電度計量、諧波監(jiān)測等內(nèi)容集成化實現(xiàn)，同時智能保護(hù)器也是實現(xiàn)可靠的防越級跳閘、準(zhǔn)確的漏電選線的主要載體。

3.3系統(tǒng)采用以太網(wǎng)作為通訊接口。智能保護(hù)器支持以太網(wǎng)接口，統(tǒng)一物理接口，同時以太網(wǎng)的高速率高兼容性為智能化功能實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。

3.4利用IEC61850的GOOSE技術(shù)實現(xiàn)保護(hù)裝置間的信息互享，并利用共享的裝置信息結(jié)合智能配電網(wǎng)的FA技術(shù)實現(xiàn)故障時“先定位、后跳閘”，進(jìn)而實現(xiàn)準(zhǔn)確的故障隔離，解決越級跳閘問題。

3.5采用配網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)度自動化技術(shù)，調(diào)度主站不在面向各個變電所而是直接面向各個保護(hù)裝置，實現(xiàn)有效信息的海量上傳并大幅度提高通訊相應(yīng)速度。

3.6引入配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的接地判據(jù)，檢測到母線絕緣異常后，投入故障判據(jù)。此時既可以由保護(hù)設(shè)備瞬時切除故障支路，也可以由監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r，確定接地點所處的分支，并發(fā)出告警信息。

3.7實現(xiàn)電力智能監(jiān)控系統(tǒng)與點檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，即保證設(shè)備發(fā)生異常前得到正常檢修，又能避免過度檢修。

4系統(tǒng)通訊方式

煤礦井下高低壓設(shè)備還停留在現(xiàn)場總線型（RS485）的方式上，在煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的核心高低壓保護(hù)裝置如果通訊方式不能夠進(jìn)步，嚴(yán)重制約了監(jiān)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)，因此礦用高低壓保護(hù)（尤其是高壓保護(hù)）將通訊方式設(shè)計成以太網(wǎng)的通訊方式是井下供電系統(tǒng)的一次革命，也是能夠做到煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵。

5系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)地面集控中心有地面監(jiān)控計算機(jī)以及通訊設(shè)備組成，通訊設(shè)備將井下各監(jiān)控單元獲得的信號傳遞給地面監(jiān)控計算機(jī)，在監(jiān)控主機(jī)的組態(tài)軟件IDA9000上顯示井下各個電氣設(shè)備的電壓、電流、功率因數(shù)等電氣參數(shù)值，還可判斷其是否發(fā)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(guān)的運行狀態(tài)、故障信息，方便井上監(jiān)控人員對井下情況及時了解，做出正確判斷和反應(yīng)，對井下電氣設(shè)備的開關(guān)進(jìn)行分合門操作，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

6效益分析

煤礦井下電力智能監(jiān)控系統(tǒng)對于煤礦供電系統(tǒng)實現(xiàn)無人化具有重要的意義，是建設(shè)煤礦供電系統(tǒng)無人化的基礎(chǔ)，解決煤礦供電系統(tǒng)困擾多年的“越級跳閘”、“漏電選擇性”、電力監(jiān)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)具有很現(xiàn)實的意義。

該系統(tǒng)提高了煤礦供電系統(tǒng)的可靠性、降低和減少設(shè)備運行維護(hù)的工作量，真正的實現(xiàn)減員增效，對于我國煤礦企業(yè)井下供電系統(tǒng)的建設(shè)具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義，以淮北礦業(yè)童亭煤礦為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(tǒng)及原件的使用壽命按照國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足不低于10年的使用壽命，新投入的供電系統(tǒng)設(shè)備比目前運行的設(shè)備提高1/3的使用壽命，節(jié)約了大量的材料費用投入。

7結(jié)語

系統(tǒng)采用智能變電站、智能配網(wǎng)的先進(jìn)技術(shù)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和成熟應(yīng)用經(jīng)驗，直接提高了煤礦智能化、自動化、標(biāo)準(zhǔn)化的水平，同時通過該系統(tǒng)的實施完善了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步促進(jìn)高、低壓保護(hù)產(chǎn)品的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)：

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（作者單位：淮北礦業(yè)童亭煤礦）