淺談煤礦企業中電力保護監控系統的應用

更新時間：2023-05-15

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胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定

摘要：應用電力保護監控系統，可以實現全礦井電力調度管理的規范化、科學化。本文以小青礦為例，通過電力保護監控系統，在地面隨時觀察到供電開關、電纜狀態，開關跳閘或故障時隨時報警，調度員可以根據故障原因決定如何處理，有效地防止事故擴大，井下變電所無人值守。

關鍵詞：電力監控;工業技術;監控系統;

隨著科技進步，以及煤礦企業的安全改造及現代化建設進程的不斷深入和發展，建設“五優"礦井，創建數字化礦山，已在國內煤炭行業悄然展開，為保證礦井生產調度的可靠性，增設礦井電力保護監控系統，以實現全礦電力調度管理的規范化、科學運作，在當前的環境狀況下，顯得尤為重要。

1. 小青礦原供電系統概況

小青礦供電系統包括井上、井下兩大部分；井上供電系統由 10 個高壓配電點、56 臺高壓開關柜組成，井下供電系統由 9 個變電所、219 臺高低壓開關組成。各個開關的停送電由礦調度電話指揮變電員或電工操作，操作可靠性差，當電話通訊不暢，表達不清等會造成長時間不能及時送電、影響生產，甚至誤操作造成事故。礦調度對電網運行情況和線路的故障情況，開關內的參數以及故障不能及時掌握，在處理頂電時根據變電員的描述來判斷是否可以送電，送電后調度沒有顯示。礦調度不能實時監測供電情況，不能進行負荷調配和參數修改，不掌握全礦供電情況。

2. 電力保護監控系統的構成

小青礦電力監控系統井上、井下分別建設兩個千兆以太環網，兩個以太環網在控制室并網，電力監控系統覆蓋礦供電系統井上下 19 個變電所、配電點。電力監控系統采用 KJ357 型煤礦電力保護監控系統。

KJ357 由計算機、通訊接口（光纖交換機）、光纖通信以太環網、通訊分站、RS485 總線和底層設備幾部分組成：底層設備：包括高爆開關保護器、饋電開關保護器、磁力起動器保護器、照明綜保保護器、移變高低壓頭保護器，組合開關保護器、電參量變送器，防爆電度表等；通過 RS485 總線連接至通訊分站，完成對電力設備的保護和電路測量、數據采集、數據傳輸、控制執行工作；光纖通信環網：多臺光纖交換機之間通過光纜相互連接組成光纖以太環網，作為井下通訊傳輸平臺；監控通信分站通過網線連接以太網交換機，傳送各種參數，數據和控制信號；監控通訊分站：監控通訊分站一方面通過 RS485 總線連接底層設備，另一方面通過光纖以太環網連接頂層計算機，作為井上監控計算機與井下各種保護器之間信息的中轉、存貯、處理站；完成數據打包、通信協議轉換、信息本地顯示、系統本地監控、操作和整定工作。

3. 礦用電力監控系統的作用

3.1 礦調度實時掌握供電情況

電力保護監控系統把供電的每條線路電壓、電流、零序電壓、零序電流實時數據、歷史數據、運行曲線顯示在計算機屏幕上，使值班電力調度通過實時參數、曲線和安全運行歷史參數、曲線的對比了解電路運行的安全狀態。

3.2 提高了操作的安全可靠性

該系統具有遙控功能，在礦調度計算機上進行電力系統任何一個開關、磁力起動器的停/送電操作和信號復歸操作；開關停送電全部由調度員操作，通過監控電腦一人操作、一人確認、核對無誤后才能進行開關合分閘，取消了變電員或電工操作，提高了操作的可靠性。

3.3 故障報警、顯示功能

當某配電室發生開關跳閘、保護動作等事件時，綜合保護器發出音響報警，將自動調出事故回路所在的畫面，監控系統內顯示故障跳閘時間、故障跳閘原因、故障跳閘時的電流值及故障跳閘前后的電流、電壓、零序電流、零序電壓波形，保護動作告警、電壓電流越限告警，并在事件記錄中記錄故障值，避免事故發生。

4. 電力監控系統安裝

4.1 井上以壓風機房配電室為例

壓風機房配電室有 6 臺 6kV 高壓開關柜；在壓風機房配電室安裝一臺機柜，一臺網絡攝像機。機柜內安裝一臺以太網交換機，一臺地面監控通信分站，一只光纖終端盒，一套在線直流不間斷電源。高壓開關柜保護器的通信信號用屏蔽電纜并接到壓風機房配電室監控通信分站的一個 RS485 接口上，壓風機房配電室的網絡攝像機用網線直接連接到以太網交換機的百兆電口。壓風機監控系統通信信號通過網線直接連接到以太網交換機的百兆電口。

4.2 井下以中央變電所為例

在中央變電所安裝 1 臺防爆千兆以太網交換機，1 臺防爆監控通信分站，2 臺本安網絡攝像機；在變流機室和南翼臨時配電點各安裝 1 臺本安網絡攝像機。中央變電所 27 臺高爆開關保護器用礦用阻燃屏蔽電纜并接到防爆監控通信分站的兩個 RS485 接口上（一個接口可并接 16 臺設備）；變流機室和南翼臨時配電點的 6 臺高爆開關保護器用礦用阻燃屏蔽電纜并接到防爆監控通信分站的第三個 RS485 接口上；中央變電所 9 臺饋電開關保護器、1 臺照明綜保保護器和南翼臨時配電點的 1 臺饋電開關保護器、2 臺防爆低壓電度表用礦用阻燃屏蔽電纜并接到防爆監控通信分站的第四個 RS485 接口上。

中央變電所的 2 臺本安網絡攝像機用礦用阻燃網線直接連接到防爆千兆以太網交換機的百兆電口；變流機室和南翼臨時配電點的本安網絡攝像機用礦用阻燃光纜直接連接到防爆千兆以太網交換機的百兆光口。

4.3 調度監控室安裝

在控制室安裝一臺 HP 服務器專用 42U 機柜（機柜內配置 8 口 KVM 切換器(RJ45)鍵盤鼠標顯示器共享器、17"顯示器、轉接頭、線纜等），機柜內安裝 2 臺通信數據服務器（一主一備）、1 臺 WEB 服務器、1 臺視頻服務器、 1 臺核心千兆以太網交換機，1 臺在線 UPS 電源等作為主監控平臺。

通信數據服務器（一主一備）、WEB 服務器、視頻服務器、調度室 3 臺工控機通過網線連接到核心千兆以太網交換機的千兆電口。地面、井下各個變、配電所，各種監控系統數據通過地面、井下以太環網傳輸到服務器處理、存儲。電力監控系統監控主機、綜合自動化監視主機、視頻監視主機通過核心千兆以太網交換機調用數據進行查詢、顯示、監控。

5. 安科瑞電力監控系統產品介紹與選型

5.1概述

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現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、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

5.2應用場所

辦公建筑（商務辦公、國家機關辦公建筑等）

商業建筑（商場、金融機構建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）

科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）

交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）

廠礦企業建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發電、風能發電等）

5.3系統結構

Acrel-2000Z電力監控系統釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。