矿井下无人值守变电所电力监控系统的探讨与产品选型

摘要：为了探讨地下无人值守变电站的电力监控系统技术，以西山煤电马兰矿为背景，详细阐述了地下无人值守变电站电力监控系统技术的基本参数，如额定工作电压和整机输入视功率、交换机或监控站的传输口、高压配电装置的传输口、真空馈电开关的传输口、RS485光信号传输口、强报警声、视频信号输入口、备用电池参数、模拟量传输处理误差等。

关键字：地下；无人值守变电站；电力自动化；监控系统

1研究背景

地下供电是煤矿“六大件"之一，其重要性不言而喻。然而，地下供电系统的安全稳定性一直是困扰煤矿安全的重要因素。煤矿企业本身也采取了许多方法和措施来解决这个问题。国内外学者也对其进行了大量研究。从整个系统的安全性来看，通过分析煤矿地下存在的安全问题，提出了许多可以提高地下可靠性的方法。分析地下供电系统跳闸的原因，提出了防止供电跳闸的监控系统。该系统采用“三位一体"防越系统，可以有效提高整个供电系统的稳定性。

本研究基于马兰矿对地下无人值守变电站电力监控系统技术的研究，该技术是在地面综合自动化技术的基础上发展起来的，也是一种基于地下实际情况专门针对供电系统的监控设备。地下无人值守变电站电力监控系统技术为地下供电安全提供了保护和监控等功能。地下情况通过可靠的信号反映在井上，使井上技术人员能够清晰准确地判断地下供电情况，确保地下供电系统的供电安全。

2井下无人值守变电站电力监控系统技术

2.1额定工作电压和整机输入视为功率。

额定工作电压：AC127V；整机输入视为功率：≤150VA。

2.2交换机或监控分站的传输口

以下是地面MIEN6208工业以太网交换机或同型号电力监控分站的传输口。

(1)传输口数为2路。

(2)TCP传输方式为TCP／IP以太网光信号传输。

(3)SC的连接形式。

(4)传输速率为10。／自适应100Mbps。

(5)传输距离上限。采用MGTSV4B矿用单模光缆，10km(发射功率-13~3dBm，接收灵敏度-28dBm；光纤接头总数22个，其中热熔接头10个，冷熔接头10个，活动接头2个)。

2.3高压配电装置的传输口

传输口(本安)与PBG型矿用隔爆、本安型永磁机构高压配电装置(内置ZBT-11高开综合保护装置)如下。

(1)传输口为2路(P3和P4口)。

(2)传输方式主要是从式、半双工、RS485。

(3)数据传输速度为9600bps。

(4)传输距离。1km(使用MHYVR电缆或MHYVP电缆，导线截面不小于1.5mm2)。

(5)监控容量上限。本安永磁机构高压配电装置(内置ZBT-11高开综合保护器)可在每个传输口挂接8台PBG型矿用隔爆。

2.4真空馈电开关的传输口

以下是KJZ16型矿用隔爆和本安型真空馈电开关的传输口(本安)。

(1)传输口为2路(P5和P6口)。

(2)传输方式主要是从式、半双工、RS485。

(3)数据传输速度为9600bps。

(4)传输距离。1km(使用MHYVR电缆或MHYVP电缆，导线截面不小于1.5mm2)。

监控容量上限。每一个传输口都可以挂接8个KJZ16R型矿用隔爆和本安型真空馈电开关。

2.5光信号传输口RS485

(1)传输口的数量为1路。×2纤维(P3口，可改为RS485电传输)。

(2)传输方式主要是从式、半双工、RS485光传输。

(3)连接形式为单模，SC。

(4)传输速度为9600bps。

(5)传输距离上限。

采用MGTSV4B矿用单模光缆，10km(发射功率-13~3dBm，接收灵敏度-28dBm；光纤接头总数22个，其中热熔接头10个，冷熔接头10个，活动接头2个)。

2.6报警声强

报警强度不小于80dB（A）

2.7视频信号输入口。

1路视频信号输入。连接方式：ST。接收灵敏度：-28dBm(单模光信号，光波长1310nm)

2.8后备电池参数

将两组镍氢电池串联起来作为备用电源。电池数量为2节串联。电网断电后，备用电池确保设备连续工作时间不小于2h。

2.9显示范围

(1)单相电流。0~630A(过流120A)％，ZBT-采集11型保护器)；显示单相电压：0~10kV(过压120kV)％，ZBT-采集11型保护器)。

(2)单相电流。0~630A(过流120A)％）；单相电压：0~1140V(过压120V)％）。

2.10模拟量传输处理误差

高低压保护器的电流、电压传输误差不大于0.5％（F.S.）。井下电力监测站安装在马兰矿井下变电站、南一下组煤变电站、南翼变电站、南五变电站、麻家口变电站、南七变电站、南六变电站、北三下组煤变电站、北翼变电站。通过实践发现，井下无人值守变电站的电力监测系统具有以下功能特点:①，具有与上位机双向通信功能；②，具有双向通信和高低压保护器工作状态显示功能；③，电流、电压值用于显示高压保护器和低压保护器采集；④，具有分、合闸状态，显示高压保护和低压保护；⑤，具有预告报警和事故报警功能，报警方式为声音报警；⑥，电力监控分站可与专用遥控器配合使用。通过遥控器控制，可以直接向高低压保护器发送指令信息。现在，上述所有变电站都可以在电力调度中心实现遥控、遥控、遥信、遥控和遥视。

3应用情况及效益分析

3.1应用及经济效益

该系统为实现无人值守变电站奠定了基础。每天节省15人左右的劳动力，人均每天200元，每年节省1095000元的劳动力成本。同时，监控系统是一次性投资，长期使用。

3.2社会效益

该系统经过调查、设计、现场使用和多次改进和完善，达到了预期的设计目标，大大提高了供电系统的运行质量，为矿井安全生产提供了有力保障。

(1)减少员工，提高效率。实现井下变电站无人值守，每一个变电站都能节省一半以上的用工。

(2)故障可以及时发现。通过该系统的语音报警、视频监控和界面显示，可以及时发现故障点和类型，方便现场值班维修人员及时处理，减少了事故处理时间，提高了矿山供电的安全性和可靠性。

(3)方便电量统计和系统运行分心。通过查阅、打印电量和运行报表，分析供电系统的运行情况，为提高供电管理水平提供依据。

(4)提高安全意识，避免违章操作。采用地下电力监控系统，规范各种电气试验、检查操作程序，并有详细的记录备查，提高现场人员的安全意识，有效避免违章操作。

(5)可以实现快速故障诊断，保证控制的实时性、确定性和可靠性。

4推广应用前景

该系统为井下供电系统提供了各种保护、监控和控制功能，通过可靠的井上和井下通信，将监控和控制延伸到地面电力调度中心，使地面值班人员能够清楚地了解井下电网的供电情况，将井下固定值班方式转变为少数人的检查方式。自从马兰矿各变电站安装了井下电力监控系统后，供电更加稳定可靠。为实现井下变电站无人值班奠定基础。

5安科瑞产品介绍

5.1概述

Acrel-2000电力监控系统是安科瑞电气有限公司根据电力系统自动化和无人值守的要求，为35kV及以下电压水平开发的分层分布式变电站监控管理系统。该系统是一种开放、网络化、单元化、组态化的系统，应用电力自动化技术、计算机技术和信息传输技术，集保护、监控、控制、通信等多功能于一体。适用于35kV及以下电压水平的城市网络、农业网络变电站和用户变电站，可实现对变电站的多方位控制和管理，满足变电站无人值守的需求。

5.2系统结构

Acrel-2000电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层:站控管理层、网络通信层和现场设备层。组网方式可以是标准网络结构、光纤星网络结构、光纤环网网络结构，组网方式可以根据用户用电规模、用电设备分布、占地面积等信息综合考虑。

图5电力监控系统组网方式

实时监控；详细电参查询；操作报告；实时报警；历史事件查询；

电力统计报告；用户权限管理；电力质量监测‘’Web访问；APP访问；

5.3相关产品

6结语

综上所述，井下电力监控分站和井下无人值守变电站电力监控系统安装在马兰矿井下变电站、南一下组煤变电站、南五变电站、麻家口变电站、南七变电站、南六变电站、北三下组煤变电站、北翼变电站。该电力监控系统为井下供电安全提供了保护和监控功能，通过可靠的信号将井下情况反映在井上，使井上技术人员能够清晰准确地判断井下供电情况。

参考文献

[1]王金华.煤矿井下无人值守变电所技术研究与应用［J］.工矿自动化，2015，41（5）：100-103.

[2]范明栋，张彬，宋波，等.浅谈煤矿井下变电所无人值守的安全管理［J］.能源技术与管理，2017，42（1）：179-180.

[3]智能电网用户端电力监控/电能管理/电气安全（产品报价手册）.2023.01版

[4]企业微电网设计与应用手册.2022.05版.