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淺談煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的改造研究

更新時間:2023-09-04      點擊次數(shù):537

隨著科技進步,以及煤礦企業(yè)的安全改造及現(xiàn)代化建設(shè)進程的不斷深入和發(fā)展,建設(shè)優(yōu)"礦井,創(chuàng)建數(shù)字化礦山,已在國內(nèi)煤炭行業(yè)悄然展開,為保證礦井生產(chǎn)調(diào)度的可靠性,增設(shè)礦井電力保護監(jiān)控系統(tǒng),以實現(xiàn)全礦電力調(diào)度管理的規(guī)范化、科學(xué)運作,在當(dāng)前的環(huán)境狀況下,顯得尤為重要。

.       概述

1.1、礦區(qū)電力系統(tǒng)不能全覆蓋監(jiān)控

初期電力自動化監(jiān)控裝置設(shè)計時,井下和地面變電所的高壓開關(guān)大部分采取了更換保護裝置或者通信裝置的方式才基本實現(xiàn)了電氣信號監(jiān)測和部分高開的遙控操作功能,在礦區(qū)內(nèi)還有很多新建變電所和改造后的變電所因為通信不兼容不能實現(xiàn)監(jiān)控,還有一些地面重要負荷(如瓦斯抽放站、立井風(fēng)機房、壓風(fēng)機房等)受早期資金和技術(shù)限制也不能將數(shù)據(jù)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng),還需要人24小時值守,隨時準(zhǔn)備倒閘操作和日常運行巡視。

1.2、裝置通信容量不足

煤礦在后續(xù)的發(fā)展過程中先后新增加2個采區(qū)供電2個地面變電所供電,原有的電力自動化監(jiān)控裝置預(yù)留備用的通信接口就不足支撐接入多余設(shè)備;同時原有的監(jiān)控系統(tǒng)主要采用電纜通信,在通信速率上最大100/秒,加之所監(jiān)控的設(shè)備數(shù)量眾多,在實際運行環(huán)境中還受到大型設(shè)備電磁干擾,頻繁出現(xiàn)通信卡頓現(xiàn)象。

1.3、監(jiān)控裝置所監(jiān)控電氣參數(shù)有限

當(dāng)井下發(fā)生開關(guān)短路跳閘故障后,調(diào)度監(jiān)控人員不能夠快速知道井下配電室高壓設(shè)備情況以及保護所報的故障信息,對技術(shù)人員排除故障,快速分析事故,以及高壓設(shè)備自我檢測等功能。

.       煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)組成分析

2.1、系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件主要由以下幾部分組:電力監(jiān)控分站、高壓配電裝置、低壓組合開關(guān)、智能保護控制器、防雷器、防爆交換機、工控機、打印機UPS電源、配件。

電力監(jiān)控分站的作用主要有三部分:采集數(shù)據(jù)、顯示控制、通信傳輸。具體來說就:電力監(jiān)控分站采集高壓饋電開關(guān)內(nèi)置的綜保信息,在就地的觸摸屏上顯示出來,然后再接入煤礦網(wǎng)絡(luò),上傳到地面,接收工控機的控制信號,控制高壓饋電開關(guān)動作。

電力監(jiān)控分站主要由以下幾部分組:變壓器、電源、備用電池、顯示屏、鍵盤、通信管理機、光端機或光電轉(zhuǎn)換模(至少兩光兩)。

2.2、供電監(jiān)控系統(tǒng)

供電監(jiān)控系統(tǒng)主要用于煤礦供電系統(tǒng)和運轉(zhuǎn)設(shè)備的監(jiān)測、控制、管理和安全保護等方面,實現(xiàn)供電系統(tǒng)和設(shè)備的在線參數(shù)監(jiān)測、遠程操作控制、實時事故報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、運行安全保護、用電計量管理等監(jiān)控管理功;提供遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視、遙播、遙訊、遙八遙操"、事故報警、保護、定位和事故快速解決的手段,具有解決供電系統(tǒng)越級跳閘、電壓波動跳閘、漏電接地選線、突發(fā)停電事故恢復(fù)、負荷控制等電力運行難題的實用方案,系統(tǒng)的高精度計量監(jiān)測、專業(yè)圖表分析工具、錄波分析工具和智能專家系統(tǒng),是加強供電管理、減少事故、降低損耗、節(jié)約電能、提高運行效率和管理水平的最新現(xiàn)代化工具,運用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遠程操作控制和智能程控技術(shù),實現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備的全面自動化無人值守智能監(jiān)控管理。

電力監(jiān)控系統(tǒng)建立1 000 M冗余工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、高速專用電力監(jiān)控現(xiàn)場總線、CAN/S485工業(yè)現(xiàn)場總線、無線通信構(gòu)成的多層分布式煤礦寬帶工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺上,配有各種電力監(jiān)控應(yīng)用軟件,是集監(jiān)控、顯示、保護、控制、采集等多種功能的監(jiān)控系統(tǒng),根據(jù)需要可在不同網(wǎng)絡(luò)層接入不同通訊接口的各種監(jiān)控裝置和各種設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),兼容各種接口設(shè)備。同時提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口,實現(xiàn)與礦井自動化信息平臺無縫連接,為信息平臺提供供電數(shù)據(jù),實現(xiàn)一體化的全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控和自動化、信息化系統(tǒng)。

系統(tǒng)將供電系統(tǒng)監(jiān)控、變電所環(huán)境監(jiān)控IP廣播、視頻等多源異質(zhì)數(shù)據(jù)有機融合,實現(xiàn)電力監(jiān)控、視頻、語音、廣播聯(lián)動,建立了一套綜合性多媒體數(shù)字化電力監(jiān)控管理系統(tǒng),監(jiān)控的內(nèi)容和范圍更寬、更全面,使管理和操控人員在全面的多媒體信息化環(huán)境中身臨其境般的實現(xiàn)更加可靠的遠程管理和操控。

.       煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)改造

3.1、電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主站升級

在礦井調(diào)度室電力監(jiān)控中心更換安裝6臺工業(yè)級監(jiān)控服務(wù)器4臺工業(yè)級電力監(jiān)控上位機,為了防止在今后使用過程中減少電腦病毒入侵的可能性,保障監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)上的運行安全可靠,采用linux中文版操作系統(tǒng),同時升級安裝6臺千兆網(wǎng)絡(luò)交換服務(wù)器、6臺光纖網(wǎng)絡(luò)交換服務(wù)器1套獨立無間斷電源系統(tǒng)、1套綜合信息發(fā)布系統(tǒng)。

3.2、電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控分站優(yōu)化

在井下和地面的各個變電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)分站的改造上,在每個變電所數(shù)據(jù)傳輸分站裝置內(nèi)都新配備了了防爆型千兆光纖交換服務(wù)器,對于新建的變電所,直接將保護接入光纖交換機進行通信,將原來監(jiān)控系統(tǒng)的百兆通信傳輸升級為千兆傳輸,源頭上避免的傳輸卡頓、信號丟包、數(shù)據(jù)延遲等情況,并且在各分站之間實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)。在保障監(jiān)控分站供電電源上使用KDW0.3/660A型雙回路無間斷電源裝置,確保在全礦井失電等情況下的監(jiān)控系統(tǒng)正常運行。

3.3、自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部功能設(shè)計

在進行電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的時候,應(yīng)該關(guān)注系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計,能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能。1)系統(tǒng)應(yīng)該具有井下電力系統(tǒng)的四遙功能,同時可以快速定位故障發(fā)生節(jié)點、故障類型、故障信息記錄等內(nèi)容。2)系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)各個保護裝置與設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)運作,同時結(jié)合不同設(shè)備的特點來進行參數(shù)保護與控制,實現(xiàn)對各個設(shè)備的自動化控制,并實現(xiàn)對電力設(shè)備的在線監(jiān)測等功能。3)系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)Ω鱾€電力設(shè)備的運作現(xiàn)狀進行實時監(jiān)測,并能夠出具各類數(shù)據(jù)信息的歷史曲線與圖表數(shù)據(jù),使這部分的內(nèi)容更加直觀。而在這類數(shù)據(jù)信息的權(quán)限設(shè)置上,應(yīng)該根據(jù)用戶類型的不同進行分級用戶共享。第四,系統(tǒng)還應(yīng)該能夠使用紅外線來對各個保護器的參數(shù)進行綜合調(diào)整,同時供電設(shè)備也應(yīng)該實現(xiàn)不停機運作,能夠較好地契合井下惡劣環(huán)境,實現(xiàn)各個設(shè)備的正常運作。第五,應(yīng)該做好系統(tǒng)界面設(shè)計,提供相對和諧的人際互動界面,同時能夠自由切換各個子系統(tǒng)以及其他模塊,顯著提高系統(tǒng)的運作效果。

3.4、電力監(jiān)控系統(tǒng)單元節(jié)點改造

每一個高爆開關(guān)都增加DMP-5102B型智能終端,智能終端能夠就地采集開關(guān)的位置信息、電氣信號量以及溫度信息,同時還能夠與綜保裝置進行通信將綜保的保護動作事件信息打包以光纖傳輸?shù)姆绞絺髦帘O(jiān)控分站。

3.5、遠程遙控、遙測和視頻聯(lián)動應(yīng)用

新增加的智能終端能夠就地采集電氣數(shù)據(jù)的同時,把各個開關(guān)斷路器的控制回路也接入各個智能終端,這樣操作人員就能夠在調(diào)度室遠程控制各個變電所開關(guān)的斷路器分合閘,同時在各個變電所的安裝了??低暤淖詣痈櫱蛐蛿z像頭,在遠程操作時將攝像頭對準(zhǔn)開關(guān),觀察遠程操作時開關(guān)的變位情況和運行情況,同時還能對人員現(xiàn)場操作時的情況進行監(jiān)督和遠程監(jiān)護。

.       安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

4.1概述

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求,針35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù),集保護、監(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng),適用35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站,可實現(xiàn)對變電站方位的控制和管理,滿足變電站無人或少人值守的需求,為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。

4.2應(yīng)用場所

辦公建筑(商務(wù)辦公、國家機關(guān)辦公建筑等)

商業(yè)建筑(商場、金融機構(gòu)建筑等)

旅游建筑(賓館飯店、娛樂場所等)

科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑)

通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等)

交通運輸建筑(機場、車站、碼頭建筑等)

廠礦企業(yè)建筑(石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等)

新能源建筑(光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等)

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設(shè)計,可分為三層:站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層,組網(wǎng)方式可為標(biāo) 準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

img1 

4.4設(shè)備選型

應(yīng)用場合

型號

保護功能

35kV/饋線

AM6-F

三段式(帶方向、復(fù)合龜壓閉鎖)過流保護、小 流接地選型保護、三相一次重合閘、低頻減載

35kV± 

2000kVA以上)

AM6-D2

8B/三圏變差動速斷保護、比例制動差動保護

AM6-D3

AM6-T

變壓器后備保護測控、配用變壓器保護

AM6-FD

變壓樓非電量保護(獨立)、獨立的操作回路

35kV電機

2000kW以上)

AM6-MD

電機差動保護、電機綜合保護

35kV PT監(jiān)測

AM6-U

PT監(jiān)測

35kVr用變

AM6-TR

三段式過流、過負荷保護、變壓器非電量保護

 

10kV/6kV進饋線

AM5-F

三段式過/零序過流、過負荷保護(告/跳閘) PT斷線告警、三相一次重合閘、低頻減栽、后加速過流、逆功率保護

10kV/6kV廠用變

AM5-T

三段式過/零序過流、過負荷保護(吿警償閘)、 控故障告警PT斷線告警、非電參量保護

10kV/6kV異步電機

AM5-M

兩段式過/零序過/負序過流保護、過負荷保 (告警演制)、低電壓保護PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)例護、啟動超時、熱過載保護

10kV/6kV電容器

AM5-C

兩段式過/零序過流保護、過負荷保護(告警演閘)PT斷線告警、過電/欠電壓跳閘、不平衡電/電流保護;

10kV/6kV 母聯(lián)

AM5-B

進線備/母聯(lián)備投、兩段式過流保護、PT斷線告警;

10KV/6RV PT 監(jiān)測

AM5-U

低電壓警吿、PT斷線吿警、過龜壓吿警、零序過壓吿警;

10kV/6kV PT

AM5-BL

單母線分段系統(tǒng)PT二次并/解列控制

 

 

/饋線

AM5SE-F

三段式過流保護(帶方向、帶低壓閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、三相一 重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波、全電參 測量、獨立操作回路

35kV

 

AM5SE-D2

兩圈變差動速斷保護、比例制動差動保護

變電站

35kV主變

AM5SE-TB

三段式過流保護(帶復(fù)合電壓、帶方向閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、間 零序電流保護、零序電壓保護、過負荷保護、啟動通風(fēng)、閉鎖有載調(diào)壓、斷路器遙控 合閘、故障錄波、全電量測量、獨立操作回路

 

PT監(jiān)測并列

AM5SE-UB

PT并列、低電壓警告PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警

 

/饋線

AM5-F

三段式過流保護(帶方向、帶低壓閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、三相一 重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波

 

廠用變

AM5-T

三段式過流保護(帶復(fù)合電壓閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、過負荷保護、 變壓器非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波

 

大功率異步 2000kW 以上)

AM5SE-MD

電機差動速斷保護、比例差動保護、啟動中過流一段保護、已運行定時限過流保護、 負荷保護、零序過流保護、過熱保護、堵轉(zhuǎn)保護、低電壓保護、斷路器遙控分合閘、 立操作回路、故障錄波、全電量測量

10(6)kV

開閉所

異步電機

AM5-M

啟動中過流一段保護、已運行兩段式過流保護、反時限過流保護、過負荷保護、零序 流保護、啟動時間過長、堵轉(zhuǎn)保護、過熱保護、相序保護、低電壓保護、斷路器遙控 合閘、故障錄波

 

電容器

AM5-C

兩段式過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、不平 /電流保護、非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波

 

母聯(lián)

AM5-B

兩段式過流保護、反時限過流保護、后加速過流保護、進線備自投、母聯(lián)備自投、斷 器遙控分合閘、故障錄波

 

PT監(jiān)測

AM5-U

低電壓警告PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警

 

PT并列

AM5-BL

不同母線段PT二次信號的并/解列控制

 

 

 

 

應(yīng)用場合

型號

保護功能

系統(tǒng)解決方案

10kV

分配電所

進饋/廠用變

PT監(jiān)測

AM4-I

AM4-U

三段式定時限過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、零序過壓保護、非電量保

護、低電壓保護、過電壓保護、過負荷保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波

低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警

3 ~ 35kV 智能操裝置

ASD200

一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕 控制及顯示(帶強制加熱)、遠/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、語 防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、RS485通信

3 ~ 35kV 智能操控裝置

ASD300

一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕 控制及顯示(帶強制加熱)、遠方僦地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、語 防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、全電參量測量、柜內(nèi)電氣接點無線測溫RS485通信

3 ~ 35kV 智能操控?zé)o 測溫一體化裝置

ASD320

一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕 控制及顯示(帶強制加熱)、遠/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、語 防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、柜內(nèi)電氣接點無線測溫、RS485通信

0.4kV-35kV

斷路器觸頭、銅排、 電纜接頭無線測溫傳感器

ATE100

ATE200

表帶式固定,電池供電,電池壽命不小5年,測溫范-40^-125^,采集周25s,發(fā)射周4min,測量精±2P,傳輸距離空10

ATE300

扎帶捆綁固定,CT感應(yīng)取電,啟動電5A,測溫范圍采集周15s, 發(fā)射周15s,測量精±2P,傳輸距萬空100

3 ~ 35kV

無線測溫收發(fā)器

ATC200

導(dǎo)軌/螺絲固定,工作電DC24V,可接12ATE200  ATE100 )數(shù)據(jù),RS485 通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心

無線測溫收發(fā)器

ATC400

導(dǎo)軌/螺絲固定,工作電DC24V,可接240ATE300數(shù)據(jù),RS485通信 口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心

無線測溫裝置

ARTM-Pn

嵌入式安裝,工作電AC/DC 1100/220V,ATE100. ATE200、ATE30。配 使用,安裝在高壓柜、低壓柜內(nèi)測量18點溫度;兩路無源溫度告警輸出;一 RS485通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心

無線測溫集中釆集觸摸屏

ARTM-7062HT-HI)

嵌入式安裝,工作電DC 24V,ATE100、ATE200. ATE300傳感器配合使 ,安裝在高壓柜、低壓柜內(nèi)測量240點溫度;一RS485通信接口可將數(shù)據(jù) 傳到監(jiān)控中心

電參量測量

AEM96

三相所有電力參數(shù)測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復(fù)費率、大需量、歷史電能統(tǒng)計、開關(guān)量事件記錄、歷史記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量(電壓、電流、功率)、開關(guān)量、報警RS485

MODBUS  DL/T645-2007協(xié)議)量測量

電力監(jiān)控系統(tǒng)

Acrel-2000Z

可建立配電網(wǎng)絡(luò)一次系統(tǒng)圖,模擬配電網(wǎng)絡(luò)運行,實現(xiàn)無人值班模式;根據(jù)順 事件記錄、波形記錄、故障錄波,協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排 問題,盡量縮短停電時間;實時采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù),對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進行用能分析和能效管理。

.       結(jié)束語

總之,此次煤礦電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造實現(xiàn)了井下變電所的無人值守,做到了減人提效,極大的提升了礦井供電網(wǎng)的自動化水平,對煤礦供電系統(tǒng)的集中化、安全化提供了平臺支撐。

參考文獻

.       耀.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)改造研.

.       趙大.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研[J].

.       安科瑞電力監(jiān)控與保護類產(chǎn)品選型手,2022.07.

.       安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05.

 


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