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浅谈煤矿电力监控系统设计与产品选型

文章更新时间：2023-08-22　点击量：230

摘要：为解决原电力监控系统通信混乱、传感器采集速度慢、数据集中处理能力差，设计煤矿电力监控系统，即电力系统地面主站调度监控系统、地下电力监控站、矿山综合保护测控装置，分析其运行原理，解决通信混乱、传感器采集速度慢、数据集中处理能力差，为其他煤矿电力监控系统的设计提供了一定的参考，也为煤矿电网的稳定运行做出了一定的贡献。

关键词：电力监控；传感器；综合保护；监控分站

引言

我国煤炭资源储量丰富。随着煤炭资源的大量开采，煤炭资源开采所需的能源也在逐渐增加。电力资源是维持煤矿生产的重要资源，供电性能直接影响煤矿的正常生产。由于煤矿电路负荷不稳定，地下环境恶劣，煤矿电力系统容易出现故障，故障维护非常复杂，使煤矿电网面临巨大挑战。据统计，我国煤矿电力系统的主要故障可分为相间断路、单相接地、断线等。为确保煤矿电网运行安全，供电管理部门需要对煤矿供电人员进行培训，对地下自动化提出更高的要求[1-2]。目前，我国大部分煤矿自动化系统逐步完善，煤矿电网的运行稳定性得到了一定程度的提高。但部分煤矿电力监控系统存在通信混乱、传感器采集速度慢、数据集中处理能力差等问题。因此，提高电力监控系统的运行效率和稳定性是煤矿供电的重要研究课题。在此之前，许多学者对此进行了一定的分析和研究[3-4]。本文根据前人的理论，设计了新的电力监控系统，为煤矿的稳定供电做出了一定的贡献。

1电力监控系统简介

电网为煤矿的安全生产提供了动力。与其他工业生产不同，需要在煤矿电力系统的各个环节提高安全系数。在设计电力监控系统时，确保监控系统能够有效地监控煤矿电网。一般煤矿电力监控系统主要由地面主站调度监控系统、地下电力监控分站、矿用综合保护测控装置三部分组成。各变电站的保护装置与监控系统相连，形成整个总线网络。同时，各监控站通过光纤与地面监控调度系统连接，形成光纤以太网。

设计的电力监控系统需要满足电网正常运行的数据汇总要求，包括无功功率、电压、电流、有功功率、功率因数等，并能准确判断负载的用电量。电力监控系统需要监控变电站的运行参数，并在控制屏幕上显示监控数据，同时对系统过载、漏电、断相、短路等进行紧急处理，避免故障损坏。

2电力监控系统设计

2.1地面主站调度监控系统设计

地面主站调度监控系统主要由数据服务器、通信柜、网络设备等组成。数据服务器存储系统的运行数据，便于后期查看；通信服务器交换变电站管理站与数据服务器之间的数据，达到数据信息传输的目的。地面电力监控调度中心配备电力集控软件。在监控主机运行过程中，备用机与监控主机进行数据交换。当监控主机异常时，备用机及时更换监控主机进行冗余设置。

2.2井下电力监控分站设计

电力监控分站是地下电网控制的第一关，是电力监控系统的基础部分。本文设计的电力监控分站采用KJ519-F矿用隔爆和本安监控站，可实时管理高爆开关，监控电网运行状态。电力监控分站内有电源模块、以太网交换机、后备电源等。电力监控分站的工作电压为AC127V，配备2组NI-MHD8500mA12V备用电源，共有4条通信线路，通信方式为RS485、半双工，主从3种，*大传输距离为1公里，传输速度为9600bit/s。分站内控制箱是分站的核心，控制箱内有继电器、PLC（ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)、电源、接触器等，主要实现电压和电流数据的采集。同时，控制箱内有PLC，设备可实现控制输出，控制箱可实时显示系统内部监控数据，更好地实现人机交换。

2.3矿用综合保护测控装置设计

要设计矿用综合保护测控装置，首先要设计微机监控保护装置。微机监控保护装置采用GWZB-10微机保护装置，主要用于额定电压3300V、频率50Hz的电网环境。微机保护装置的核心是32台单片机。高精度微互感器和工业级外围芯片是保护装置的辅助部分。它们具有很高的灵敏度和可靠性。它们还配备了各种内部抗干扰措施，以避免信息传输过程中的外部干扰。保护装置具有自检功能和硬件闭锁保护功能。通过不断的自检，可以保证设备的正常运行，提高监控系统的稳定性。

微机保护装置内部设计有隔爆遥控器，用户可以通过遥控器进行远程系统操作，大大提高了操作系统的效率。同时，由于遥控器的使用，设备上的按钮可以放弃，节省了矿山设备的复杂按钮改造，提高了系统改造的效率。此外，通过设置控制值来控制保护装置，可以查询和修改控制值。保护装置定期检查其运行状态，当发现设备故障时，可以定位故障芯片。保护装置配备RS-485/RS-232标准通信接口，能更好地匹配电力监控系统的接口。

煤矿电网线路短，阻抗小，发生短路事故时电流大。为保证供电系统的稳定运行，设计了防越级跳闸保护系统。防越级跳闸保护系统采用光纤闭锁信号，对系统线路段进行电流闭锁保护。防越级跳闸系统主要包括智能光纤控制服务器SU20、矿用智能光纤保护PA61和PA63。PA63防越级跳闸微机保护集控制、通信、测量、防越级等功能于一体；智能光纤控制服务器SU20主要用于收集闭锁信号，收集信号后统一汇总信号，然后转发到上级电路。

3安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案

3.1概述

对于用户变电站（一般35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接触无线温度测量产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监测设备、弧光保护装置等设备，实现变电站、配电、电力安全运行和综合管理。监控范围包括用户变电站、开关、变电站、配电室等。

Acrel-2000Z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要求，为35kV及以下电压等级开发的分层分布式变电站监控管理系统。该系统是一个开放式、网络化、单元化、组态化的系统，应用于电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监控、控制、通信等功能于一体。适用于35kV及以下电压等级的城市电网、农村电网变电站和用户变电站，可实现变电站的全面控制和管理，满足变电站无人值守或少人值守的需要，为变电站的安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。

3.2应用场所

适用于轨道交通、工业、建筑、学校、商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统的工程设计、施工和运行维护。

3.3系统架构

Acrel-2000Z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。网络组装方式可为标准网络结构、光纤星网络结构和光纤环网络结构。根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积，综合考虑网络组装方式。