劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:針對傳統(tǒng)煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)性能較差、無法實現(xiàn)準確故障定位及報警、不具備數(shù)據(jù)交互功能等問題,結(jié)合分布式網(wǎng)絡(luò)及GPS授時技術(shù)設(shè)計了一套基于工業(yè)以太網(wǎng)及RS485總線架構(gòu)的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng),可實現(xiàn)對井下供電網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的遠程監(jiān)控、故障定位報警及各類開關(guān)保護動作的遠程操作,從而實現(xiàn)井下供配電的無人值守,有效降低煤礦電網(wǎng)事故發(fā)生率,提高井下電網(wǎng)的供電質(zhì)量及可靠性。
關(guān)鍵詞:煤礦;電力監(jiān)控系統(tǒng);工業(yè)以太網(wǎng);RS485
0引言
煤礦供配電系統(tǒng)是維持整個煤礦采掘、運輸、通 風、排水等重要電氣設(shè)備正常工作及提供日常照明等用電的重要支撐,其運行可靠性及穩(wěn)定性是煤礦高效生產(chǎn)的重要技術(shù)保障。由于煤礦供配電系統(tǒng)時常會出現(xiàn)負荷波動劇烈、無計劃停電、越級跳閘及故障排查困難等問題,因此容易引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸等嚴重事故。為了有效減少煤礦事故發(fā)生概率,提高煤礦供配電綜合管理水平及效率,需對煤礦供配電系統(tǒng)采用一體化實時監(jiān)控方案,進而更好地實現(xiàn)煤礦各變電所的無人值守功能。
本文針對35 kV及以下變電站監(jiān)控開發(fā)研制了煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng),對該煤礦現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造,主要內(nèi)容包括地面電力調(diào)控優(yōu)化設(shè)計及地面35 kV變電所.1360水平井下變電所、1100水平井下變電所優(yōu)化設(shè)計,采用以太環(huán)網(wǎng)及RS485對通訊系統(tǒng)進行重新架構(gòu),并對井下變電所內(nèi)的監(jiān)控分站和高低壓開關(guān)綜保裝置等重要設(shè)備進行智能化升級,從而建立了一套技術(shù)先進、功能完整、易于管理的煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)。
1煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計
1. 1 煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
本監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成,分別為地面監(jiān)控主站、電力監(jiān)控分站及綜合保護單元,系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。地面監(jiān)控主站主要由兩臺監(jiān)控計算機、打印機、交換機和UPS電源等設(shè)備組成,用于井下供電運行數(shù)據(jù)的實時顯示及高開綜保裝置遠程操作等指令的下達,其中監(jiān)控主站采用雙機熱備份方式,保證系統(tǒng)可靠性電力監(jiān)控分站用于井下各供電設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集、處理與轉(zhuǎn)發(fā),其中高低壓開關(guān)綜合保護裝置的通訊信號作為一組共同接入監(jiān)控分站。系統(tǒng)的通訊平臺架構(gòu)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)加現(xiàn)場總線的組合通訊方式,井下各變電所內(nèi)電氣設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)由井下電力監(jiān)控分站通過RS485總線通訊方式及協(xié)議轉(zhuǎn)換進行采集,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的就地集中監(jiān)測。同時監(jiān)控分站通過光纖以太環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控主站實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互, 將各運行數(shù)據(jù)集中上傳至監(jiān)控主站。
圖1電力監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
1.2 GPS對時子系統(tǒng)
為保證全系統(tǒng)運行顯示時間準確一致,在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計了 GPS對時子系統(tǒng),通過地面調(diào)控加裝的GPS對時裝置從GPS衛(wèi)星獲取標準時間信號, 并將該時間信號通過各類接口實時傳輸至監(jiān)控主機、 綜保裝置、故障錄波器、遠程RTU等需要時間信息的主要通訊設(shè)備,從而使整個系統(tǒng)的運行時間達到同步。
1.3 數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)
本文設(shè)計了數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)用于加強對井下各變電所及供電設(shè)備的實時監(jiān)控,通過在電力系統(tǒng)平臺中加裝的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機和現(xiàn)場的固定式及云臺攝像頭對井下所有供電場所及設(shè)備進行實時數(shù)字視頻采集。同時配置大容量硬盤將所有錄像數(shù)據(jù)進行實時存儲,存儲時間不低于一個月。數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2硬件方案設(shè)計
本監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計方案主要分為地面調(diào)控硬件設(shè)計及井下供電監(jiān)控硬件設(shè)計。其中地面調(diào)控硬件除原系統(tǒng)具備的數(shù)據(jù)服務器、監(jiān)控計算機、UPS電源外,還包括GPS對時子系統(tǒng)及數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)中的GPS對時器、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機等設(shè)備。井下硬件設(shè)計方案主要包括各井下監(jiān)控分站及高低壓開關(guān)綜保裝置的升級改造,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷運行及防越級功能。
本文采用GPS對時裝置實現(xiàn)全系統(tǒng)運行時間的實時校準同步。數(shù)字視頻錄像子系統(tǒng)中的硬盤錄像機可保證錄像子系統(tǒng)可靠運行。井下監(jiān)控分站是實現(xiàn)井下數(shù)據(jù)上傳及監(jiān)控主站控制指令執(zhí)行的重要設(shè)備,滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及采集需求。 由于井下高壓電網(wǎng)大多數(shù)供電線路較短,線路阻抗小,且運行方式差異較大,在發(fā)生短路故障時容易發(fā)生越級跳閘,嚴重影響煤礦生產(chǎn)。因此,本文對原系統(tǒng)井下高低壓開關(guān)綜合保護裝置進行改造,將其更換為具有防越級跳閘功能的智能保護器,并增設(shè)遠近控模塊實現(xiàn)井下分合閘智能控制。
本系統(tǒng)對井下高壓開關(guān)及低壓饋電開關(guān)進行保護,除了具備常規(guī)保護裝置的功能外,還可通過系統(tǒng)級聯(lián)及網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與地面保護形成實時防越級跳閘網(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)在井下所有高壓開關(guān)、低壓饋電及照明綜保等受控設(shè)備進行遠近控改造,從開關(guān)引出的線纜接入井下監(jiān)控分站,監(jiān)控分站通過控制中間繼電器實現(xiàn)遠近控,系統(tǒng)改造線路如圖所示。通過該遠近控改造后系統(tǒng)可在任意時刻分閘,而合閘需在遠近控狀態(tài)下進行,從而保證檢修。
圖3接線圖
3軟件方案設(shè)計
煤礦電力監(jiān)控平臺主要功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、遠程控制調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)管理等,其中系統(tǒng)及線路的負荷率統(tǒng)計可根據(jù)采集數(shù)據(jù)對風機、中央變電所等位置的電壓、電流等主要電參數(shù)進行實時曲線繪制,可從地面調(diào)控更直觀監(jiān)測系統(tǒng)各個部分的運行狀態(tài)。
在常規(guī)報警功能基礎(chǔ)上,系統(tǒng)還添加了時間順序記錄功能,當井下供電設(shè)備發(fā)生故障并報警后,系統(tǒng)可自動按時間順序記錄繼保裝置及斷路器開斷的時間并上傳至數(shù)據(jù)服務器用于后續(xù)事故分析。時間順序記錄.
4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
4.1概述
針對用戶變電站(一般為35kV及以下電壓等級),通過微機保護裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護裝置等設(shè)備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了變電、配電、用電的運行和管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。
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,針對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)是應用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù),集保護、監(jiān)測、控制、通信等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),適用于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)對變電站控制和管理,滿足變電站無人或少人值守的需求,為變電站、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。
4.2應用場所
適用于軌道交通,工業(yè),建筑,學校,商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和運行維護。
4.3系統(tǒng)架構(gòu)
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(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)方式可為標準網(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。
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1 實時監(jiān)測:直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。
4.4.2 電參量查詢:在配電一次圖中,可以直接查看該回路詳細電參量。
4.4.3 曲線查詢:可以直接查看各電參量曲線。
4.4.4 運行報表:查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)。
4.4.5 實時告警:具有實時告警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位,保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
4.4.6 歷史事件查詢:對事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
4.4.7 電能統(tǒng)計報表:系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況。
4.4.8 用戶權(quán)限管理:設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。
4.4.9 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖:支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.4.10 電能質(zhì)量監(jiān)測:可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。
4.4.11 遙控功能:可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。
4.4.12 故障錄波:可在系統(tǒng)發(fā)生故障時,自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。
4.4.13 事故追憶:可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。
4.4.14 Web訪問:展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息,設(shè)備通信狀態(tài),用電分析和事件記錄。
4.4.15 APP訪問:設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。
4.5系統(tǒng)硬件配置
5 結(jié)束語
本文為適應煤礦供電監(jiān)控要求,基于工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線通訊技術(shù)設(shè)計了一套監(jiān)測參數(shù)、數(shù)據(jù)交互性強的智能煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng),并增加了 GPS實時授時、數(shù)字視頻錄像及防越級跳閘等功能,可實現(xiàn)煤礦供電設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測與調(diào)控,保證煤礦供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
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[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊.2022.05版本
作者簡介:
劉細鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應用。