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淺談電能計量管理系統(tǒng)在煤礦上的應(yīng)用

更新時間:2023-04-25 點(diǎn)擊次數(shù): 376次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 
摘要:隨著煤礦供電系統(tǒng)管、控一體化的發(fā)展需要,本文提出了一種基于礦井光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的煤礦電參數(shù)計量系統(tǒng),該系統(tǒng)具有實現(xiàn)變電所各類開關(guān)、動力設(shè)備的用電高精度計量;遠(yuǎn)程實時監(jiān)測各路電參數(shù);遠(yuǎn)程抄表;遠(yuǎn)程監(jiān)控重點(diǎn)用電設(shè)備的運(yùn)行狀況等功能,提高了煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平,推進(jìn)了煤礦智能化進(jìn)程。
關(guān)鍵詞:管、控一體化;高精度計量;遠(yuǎn)程實時監(jiān)測;遠(yuǎn)程抄表

1 煤礦電能計量系統(tǒng)現(xiàn)狀
       目前國內(nèi)有許多企業(yè)致力于煤礦電能監(jiān)控系統(tǒng)的研究和發(fā)展,目前來說大致可以分為兩類:有線傳輸方式、無線傳輸方式。
1.1井上變電所系統(tǒng)
      井上變電所電能抄表系統(tǒng)由于不涉及安全防爆和線路局限問題,現(xiàn)對較容易實現(xiàn),常見有兩種組網(wǎng)方式:有線傳輸和無線傳輸兩種方式。有線傳輸由于受到線纜的限制在許多場合受到制約,無線傳輸是多數(shù)系統(tǒng)的推薦方式。
1.2井下變電所系統(tǒng)
井下變電所系統(tǒng)普遍存在距離分散,防爆要求高,通訊信號受局限,施工作業(yè)困難等現(xiàn)狀,致使電能監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方式較少,產(chǎn)品單一,目前主要有礦用隔爆型電度表箱構(gòu)成的電度計量方式。
 
2 傳統(tǒng)計量方式存在的問題
     目前我國煤礦生產(chǎn)用電的計量管理手段還不夠健全,很多煤礦電能計量還是采用傳統(tǒng)的機(jī)械式或電子式電能表計量,每天有專門人員按照統(tǒng)一格式定時抄寫各個線路和主要變電所電能數(shù)據(jù),特別是在井下,電能的統(tǒng)計和分析管理更是滯后和繁瑣。
     許多煤礦目前這種粗略的計量造成很多問題。
     1)不能準(zhǔn)確計量各用戶用電情況,有效控制成本,造成浪費(fèi)。
     2)人工抄表需要的人員多,工作效率低。
     3)數(shù)據(jù)處理、報表打印工作量大,效率低、容易出錯。
     4)系統(tǒng)組成較為落后,設(shè)備過于分散且安裝不方便。
     5)設(shè)備落后,不能滿足目前煤礦數(shù)字化、信息化建設(shè)發(fā)展需求。
 
3 基于礦井光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的煤礦電參數(shù)計量系統(tǒng)
      目前各個煤礦內(nèi)部已經(jīng)具有覆蓋全礦井的工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)。因此,借助于現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò),采用先進(jìn)的智能電量測量技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),對全礦用電設(shè)備用電量進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)測,實現(xiàn)變電所各類開關(guān)、動力設(shè)備的用電高精度計量;遠(yuǎn)程實時監(jiān)測各路電參數(shù);遠(yuǎn)程抄表;遠(yuǎn)程監(jiān)控重點(diǎn)用電設(shè)備的運(yùn)行狀況;自動生成各種報表,所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享,使管理者可以詳細(xì)直觀的掌握整個供電工區(qū)的設(shè)備用電狀況、電力負(fù)荷分布等,為用電管理提供決策參考。電量數(shù)據(jù)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)布,提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平,實現(xiàn)管、控一體化,推進(jìn)煤礦智能化。圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。
 
圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖
 
 
4電力計量自動抄表各部分介紹
4.1前端采集子系統(tǒng)
      多路電參數(shù)計量箱顯示箱作為各配電點(diǎn)的數(shù)據(jù)集中采集設(shè)備,內(nèi)部主要由嵌入式工控機(jī)、工業(yè)級開關(guān)電源、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等組成。前門配有鍵盤式鼠標(biāo),windows CE7.0操作系統(tǒng)作為運(yùn)行平臺,操作簡便。多路電參數(shù)計量箱顯示箱擔(dān)負(fù)著電量數(shù)據(jù)采集,就地集中顯示的重要任務(wù),數(shù)據(jù)信號通過以太網(wǎng)接口輸出,向地面服務(wù)器發(fā)送實時采集數(shù)據(jù)。
4.2通信系統(tǒng)
      對于通信子系統(tǒng)來說,它就是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的信道。本系統(tǒng)充分利用煤礦現(xiàn)有的工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò),對于光纖通信來說,具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)以及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn),無需重復(fù)敷設(shè)通訊線纜。
4.3中心處理子系統(tǒng)(數(shù)據(jù)服務(wù)器)
      中心處理子系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應(yīng)的軟件構(gòu)成,是整個電能計量自動抄表系統(tǒng)的上層,所有支路的用電信息通過信道匯集到這里,管理人員利用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析,作出相應(yīng)的用電管理決策。
4.4配套設(shè)施
      數(shù)據(jù)采集模塊:KBDX-3模塊是專門針對煤礦供電設(shè)備特點(diǎn)開發(fā)的一款智能型三相電參數(shù)綜合采集模塊——可準(zhǔn)確測量并輸出多達(dá)數(shù)十種諸如三相電壓、三相電流、用電量等電力參數(shù),是目前電測行業(yè)功能齊全的智能采集模塊。本系統(tǒng)采用KBDX-2模塊作為底層的數(shù)據(jù)信號采集設(shè)備。
 
 
5 電力計量自動抄表各部分介紹
      本計量系統(tǒng)的顯著特點(diǎn):
     1)采用先進(jìn)的智能電量測量技術(shù)、現(xiàn)場總線通訊技術(shù)、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù),對礦井用電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控,實現(xiàn)井下變電所各類開關(guān)、大型設(shè)備的用電高精度自動計量;遠(yuǎn)程實時監(jiān)測井下各路電參數(shù);遠(yuǎn)程抄表;遠(yuǎn)程監(jiān)控重點(diǎn)用電設(shè)備的運(yùn)行狀況;自動生成各種報表,所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享,使管理者可以詳細(xì)直觀的掌握整個供電工區(qū)的設(shè)備用電狀況、電力負(fù)荷分布等,為用電管理提供決策參考。利用地面現(xiàn)有的辦公網(wǎng)絡(luò),明顯提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平。
      2)采用工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控軟件,實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控,可以通過圖、表、曲線等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及分析處理。軟件支持EXCEL(電子表格)數(shù)據(jù)報表輸出,利用EXCEL的強(qiáng)大數(shù)據(jù)報表處理功能,可快速處理每月的電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表輸出,免去繁瑣的下井抄表、數(shù)據(jù)手工輸入工作,顯著提高辦公效率。(并免除了人為抄表中存在的不確定因素)。
     3)井下計量箱一臺可替代多臺(3-32臺)老式隔爆型電度表箱,成倍的減小了設(shè)備在硐室的占地空間,而且和饋電開關(guān)之間不需要連接主回路電纜,大大節(jié)省設(shè)備聯(lián)接電纜投資的同時減少了電氣設(shè)備的失爆點(diǎn)和故障點(diǎn)。是老式隔爆型電度表箱的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
     4)采用自主研發(fā)的智能型電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊替代傳統(tǒng)的電度表,大大提高了采集精度(為0.2級)。
    5) 井下計量箱采用10.4英寸真彩寬屏工控機(jī)為設(shè)備提供信息查詢和參數(shù)設(shè)置,配有的鼠標(biāo)鍵盤,windows CE操作系統(tǒng)作為運(yùn)行平臺,實現(xiàn)人機(jī)對話。
    6)可實時測量各支路的累計電量、三相電流、電壓的真有效值、功率、功率因數(shù)和峰值電流。
 
6 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
6.1概述
     用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能,用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系,全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案,實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括:先進(jìn)的表計,智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。
     安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計,以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況,便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣,有效節(jié)約電能,為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
6.2應(yīng)用場所
     (1)辦公建筑(商務(wù)辦公、大型公共建筑等);
     (2)商業(yè)建筑(商場、金融機(jī)構(gòu)建筑等);
     (3)旅游建筑(賓館飯店、娛樂場所等);
     (4)科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等);
     (5)通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等);
     (6)交通運(yùn)輸建筑(機(jī)場、車站、碼頭建筑等)。
 
 
6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.4系統(tǒng)功能
6.4.1
      實時監(jiān)測系統(tǒng)人機(jī)界面友好,以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài),以及有關(guān)故障、告警等信號。
6.4.2電能統(tǒng)計報表
      系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。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(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況,即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明,并在用電誤差偏大時可分析追溯,維護(hù)計量體系的正確性。
6.4.3詳細(xì)電參量查詢
       在配電一次圖中,當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時,鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?,鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量,包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能,并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。
6.4.4運(yùn)行報表
        系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能,所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫,在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等,并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日報、月報,支持導(dǎo)出Excel格式文件,還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。
6.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視
        系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實時監(jiān)視,用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢,分析變壓器負(fù)荷率及損耗,方便運(yùn)行維護(hù)人員及時掌握運(yùn)行水平和用電需求,確保供電安全可靠。
6.4.6實時報警
       系統(tǒng)具有實時報警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位,保護(hù)動作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實時監(jiān)測,并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口,并發(fā)出聲音或語音提醒。
6.4.7歷史事件查詢
       系統(tǒng)能夠?qū)b信變位,保護(hù)動作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
6.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測
       系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測,運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等,及時采取相應(yīng)的措施,降低諧波損耗,減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表,不需要可刪除。
6.4.9遙控操作
       系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能,對于每次遙控操作,系統(tǒng)自動生成操作記錄,記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
6.4.10用戶權(quán)限管理
       系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如配電回路名稱修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
6.4.11通訊狀態(tài)圖
      系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(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);可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài),及時維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
6.4.12視頻監(jiān)控
      視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面(視頻直播),選中某一個變配電站,即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
6.4.13用戶報告
       用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運(yùn)行數(shù)據(jù),對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析。
6.4.14 APP支持
      電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊,支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢,設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
 
6.5系統(tǒng)硬件配置清單
7結(jié)語
       基于礦井光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的電能計量管理系統(tǒng),能夠大大提高工作效率,免去了繁瑣的下井抄表工作,且計量準(zhǔn)確可靠,顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。實時采集的各項電參數(shù)信息,對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲和統(tǒng)一分析,對于企業(yè)加強(qiáng)需求側(cè)管理、優(yōu)化用能改造也十分有益。
 
【參考文獻(xiàn)】
[1]任毅,鮑教明,任津.基于工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成的煤礦電參數(shù)計量及遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)[J].科技    與展望.2015(19)
[2]史志紅,煤礦電能計量管理系統(tǒng)設(shè)計           
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊 2022.05版
 
 
作者簡介:劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司,主要從事于電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。


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