淺談營盤壕煤礦井下電力監測監控的實施

趙志征

(兗州煤業股份有限公司鄂爾多斯市營盤壕煤炭有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017399)

1 礦井概況

營盤壕礦井位于內蒙古自治區鄂爾多斯市西南部烏審旗境內，納林河礦區中部。根據礦井開拓開采部署及井下用電負荷分布情況，確定在井底設井下主變電所一座，主變電所擔負主排水泵、南翼膠帶輸送機、北翼膠帶輸送機、井底車場等井下負荷用電。在21采區、22采區分別設采區變電所，向采區內采掘工作面及采區內其他負荷供電。

2 礦井井下供電系統

中央變電所內設ZBK-G礦用一般型高壓真空配電裝置33臺， 4路進線選用線路光纖縱差型保護南瑞繼保 RCS-9613CS。排水泵饋出開關柜配置DPR364MF數字式電動機綜合保護裝置，其余各饋出開關柜配置南京弘毅DPR362LF線路微機綜合保護裝置及變壓器微機綜合保護裝置。所內還設有PDD礦用一般型低壓配電裝置12臺，礦用隔爆干式變壓器2臺。

21、22 采區變電所內設有BJGP9L-10型礦用隔爆高壓真空配電裝置，KBZ型礦用隔爆型選擇性漏電保護低壓真空配電裝置及KBSG型礦用隔爆干式變壓器等。

3 井下變電所電力監測監控系統

營盤壕煤礦采用KJ38煤礦供電監控系統，包括DPS301M主站自動化監控系統、KJ38-F礦用隔爆兼本安型監控分站和MPR300S系列數字式礦用綜合保護裝置，實現井下電網的實時監控、繼電保護和運行管理等功能。該系統還可以接入符合Modbus或CAN總線通信協議的保護器、感應器及攝像機等自動化設備，并且可以集成地面符合類似規范或者CDT/IEC60875/61850等電力通信規范的自動化設備，構成地面和井下一體化的礦用電站自動化系統。

3.1 供電監控系統的特點

（1）系統采用32位浮點運算的數字信號處理器（DSP）芯片作為保護裝置的處理器；采用高速采樣、平滑濾波采樣的方式，每周波24點的采樣密度以及頻率跟蹤技術，保護裝置具有很高的測量精度；采用了現場可編程門陣列（FPGA）技術，提高了系統的集成度、運算速度和可靠性。

（2）故障錄波及分析功能。錄波文件記錄各個故障動作的狀態和相關的輔助判據以及開入量狀態，為事故分析提供可靠依據。

（3）保護裝置具備自檢及互檢功能。保護裝置內部各模塊智能化設計，實現了裝置各模塊的全面實時自檢。

（4）保護裝置采用大屏幕液晶，顯示信息量大，液晶顯示操作可采用紅外遙控方式操作。

（5）具備強大的主站監控功能。基于軟總線的分布式運行環境，可分別組成單機系統或多機系統；系統采用雙機熱備用技術，雙機數據自動同步技術，雙以太網通信技術；監控信息主動上傳，是真正的多主結構。

3.2 供電監控系統結構

KJ38煤礦供電監控系統，采用分層、分布式、模塊化的設計思想，系統分成監控層和間隔層兩層結構，監控層和間隔層通過以太網或串口通信等方式聯接。

KJ38煤礦供電監控系統充分考慮了系統組態的靈活性，可根據現場和用戶的不同需要實現不同規模的煤礦供電監控系統模式。

3.3 系統組成

KJ38煤礦供電監控系統組成如表1所示。

3.4 監控層

系統監控層包括DPS301M主站自動化監控系統、井下KJ-38內置的DPR371CME通信服務器。DPS301M主站自動化監控系統完成系統數據采集、數據處理和遠程控制等功能；通信服務器完成網絡轉換、其他智能設備接入以及與遠程主站通信功能。

監控層根據實際需求，組成獨立主機運行的拓撲結構，包括一臺地面主機和兩個采區變電所KJ-38內置的主機。如圖1所示。

圖1 獨立主機運行方式

監控層存在多個監控系統，各監控系統獨立運行，之間沒有信息交互。各個監控主機之間沒有主從關系，停掉其中任何一臺主機，不影響其他監控主機的運行。

表1 KJ38煤礦供電監控系統組成

3.5 間隔層

間隔層設備按間隔分散式安裝配置，各間隔層設備相互獨立、分布控制，僅通過通訊網絡連接。

營盤壕煤礦井下中央變電所的DPR300F系列間隔層設備采用以太網方式接入監控層網絡，21采區和22采區變電所間隔層設備采用CAN Bus總線和Modbus通信協議互聯，組成間隔層通信網絡。經KJ38-F礦用監控分站與井下以太網系統互聯，進而與地面監控層網絡互聯。

4 安裝與調試

4.1 系統安裝

（1）KJ38煤礦供電監控系統由礦用綜合保護裝置、KJ38-F礦用監控分站及DPS301M主站監控系統組成。KJ38煤礦供電監控系統安裝包括以上裝置和系統的安裝。

（2）安裝程序。在礦用配電裝置中安裝MPR300S礦用綜合保護裝置；在井下變電站安裝KJ38-F礦用監控分站，通過CAN Bus總線連接保護裝置，形成間隔層監控網絡；安裝DPS301M主站監控系統，通過以太網連接監控分站，形成監控層網絡。網絡連接示意如圖2所示。

圖2 系統連接示意圖

淮南萬泰接線方式與此類似，使用Modbus協議接線至KJ38-F監控分站。

4.2 系統調試

（1）井下中央變電所DPR300F系列安裝完成后通電試驗，檢查無異常，在后臺監控系統中配置好數據庫和關聯，直接從地面主機通過環網連接，測試遙測、遙信、遙控正常。

（2）MPR300S礦用綜合保護裝置安裝完成后通電試驗，檢查顯示狀態應正常，顯示項目應完整，對礦用高壓配電裝置進行分合閘操作和狀態指示應正確。

（3）KJ38-F礦用監控分站安裝完成后，通過CAN總線連接保護裝置，通電試驗，檢查本地監控系統狀態顯示應正常；對保護裝置進行控制操作和數據上傳操作試驗，信息應能在本地后臺上顯示。

（4）使用遙控器對保護裝置進行遙控操作顯示結果應對應，對監控分站進行遙控分、合閘操作應正確。

（5）使用以太網連接主站監控系統，對軟件系統進行調試，檢查主站系統畫面及參數顯示應正確；對MPR300S系列礦用綜合保護裝置進行控制操作和數據上傳操作試驗，主站系統顯示應正確；使用主站監控系統進行遠方遙控操作試驗，結果應正確。

（6）淮南萬泰保護，由其提供對應規約，在通信服務器中下裝程序，并配置好遙測、遙信、遙控等功能，完成后同樣進行各項試驗，驗證功能完整性。

5 井下變電所電力監測監控的實施效果

井下共計3個變電所，正常值班需要6人，實現無人值守后，僅需要2人進行巡檢，并且人員無需輪休，可以節約人工6人。

（1）人工費用計算

月平均應發工資0.7萬×6人×12月=50.4萬

（2）停電影響費用計算

全年10個小時影響計算，系統正常后按每天3.6萬t計算，噸煤按280元計算，變電所自動化投入運行后可不計影響時間（立即恢復供電）：

（每天3.6萬t/24小時）×10h×噸煤280元=420萬元

因此，總計每年可節約資金470.4萬元。