煤礦井下電力監測監控系統的設計與實踐

2013-12-19 10:40:25 電力信息化　點擊量：評論 (0)

引言隨著社會的發展與科學技術的進步，計算機技術、自動化技術和網絡傳輸技術也迅速的運用于煤礦的生產及安全管理。任何煤礦的安全問題都是重中之重，必須將其放在首位。煤礦井下供電系統的安全更是不容忽視，因

引言

隨著社會的發展與科學技術的進步，計算機技術、自動化技術和網絡傳輸技術也迅速的運用于煤礦的生產及安全管理。任何煤礦的安全問題都是重中之重，必須將其放在首位。煤礦井下供電系統的安全更是不容忽視，因此遵循可靠性、實用性和經濟性的原則，參照國內最先進的設計準則，在標準化的平臺上開發出一套功能實用、使用簡單、維護方便、易于擴展的煤礦井下電力自動化遠程監測監控系統。顯得很
有必要。

在現在的礦井開采中，井下供電系統經常出現開關保護誤動的現象，造成井下局部或者更大面積的停電事故。事故發生后，由于缺乏電網的實時監測監控，對事故發生的地點和原因不詳，恢復供電需要很長的時間，很容易影響礦井安全生產。因此，對井下電力實現自動化遠程監測監控管理，對供電系統的運行狀態、故障診斷、技術參數以及停送電操作的管理很有必要。因此山西陽煤集團開元煤礦對其井下供電系統進行了改造，引入了煤礦井下電力自動化遠程監測監控系統，使之更適合現代化煤礦發展的需要。

1 系統結構

系統主要由地面集控站、以太網數據交換中心、井下監控分站三大部分組成，可實現快速故障診斷，保證控箭的實時性、確定性和可靠性。

1．1 井下監控分站

此部分主要由電力監測單元(綜保)、井下電力監控站和井下隔爆交換機組成。

電力監測單元(綜保)：負責變電所設備的數據采集與轉發，并下發執行中心發出的遙控命令。

通過調研確定原有礦用隔爆型高壓開關內均有智能型綜合保護裝置，但大部分都不具備遠程控制及上傳接口。現更換為具有智能通訊接口的華鑫公司的ZB-113系列綜合保護裝置。井下變電所隔爆高壓開關以現場485總線方式連接，直接進入KJ392-F礦用隔爆兼本安型分站。

井下電力監控站：中心主站和電力監測單元之間的橋梁，主要用于與井下高壓開關內的綜合保護裝置的通訊。完成配電室／變電所的當地監控，同時完成綜合保護與地面中心主站之間的數據上傳及命令下達，其可靠性對整個系統的運行起著至關重要的作用。該系統選用的是陽煤集團華鑫公司的KJ392-F礦用隔爆兼本安型電力監控分站。

井下隔爆交換機：主要完成井下各個電力監控站的互聯及和地面數據交換中心的數據通訊。該系統選用了KJJ102礦用防爆(工業以太網)交換機。

1．2 數據交換中心

此部分主要由數據采集服務器和兩臺互為冗余的網路交換機組成。

數據采集服務器：主要通過井下隔爆交換機把井下各個電力監控分站的數據采集匯總到此服務器，完成數據處理及數據備份。

選用了IBM X3500服務器一臺，做了RAID5磁盤鏡像。

網路交換機：采用了雙交換機、冗余設計，保證了地面集控站與數據交換中心的數據鏈路安全。

選用了CISC029系列的兩臺網絡交換機。

1．3 地面集控站

此部分主要配置包括兩臺互為雙機熱備的電力監控服務器(選用IBM X3500服務器)和兩臺操作員站(選用DELL工控機)。

主要根據采集的電網數據和友好的軟件平臺，實現電網的運行監視和控制管理。另外，地面集控站預留了視頻及WEB接口，便于將來擴充視頻服務器和WEB服務器。視頻服務器主要用于將井下和地面的配電室及變電所現場安裝的攝像頭采集的視頻信號進行監視和保存；WEB服務器則用于將系統采集的電網數據以網頁的形式發布到公司的辦公系統網絡中，公司領導只要在自己的辦公室打開電腦就可以觀看到全礦的電網實時數據。

綜述，以上體系結構符合集控系統的體系結構原理，滿足了系統功能和性能要求，并且符合實時性、安全性和可靠性原則。關鍵設備用了冗余配置。

2 系統軟件

2．1 系統組態軟件

選用了具有良好的開放性和靈活性的SIMATIC WinCC組態軟件，布置在地面集控站的監控服務器上，實現用戶的監控需求。采用此軟件主要有以下優點：

(1)包括所有的SCADA功能在內的客戶機／服務器系統。最基本的WINCC系統仍能夠提供生成可視化任務的組件和函數，而且最基本的WINCC系統組件即涵蓋了畫面、腳本、報警、趨勢和報表的各個編輯器。
(2)強大的標準接口。WINCC提供了OLC、DDE、ActiveX、OPC等接口，可以很方便地與其他應用程序交換數據。
(3)使用方便的腳本語言。WINCC可編寫ANSI-C和Visual Basic腳本程序。
(4)具有向導的簡易(在線)組態。WlNCC提供了大量的向導來簡化組態工作。在調試階段還可以進行在線修改。

2．2 系統數據庫軟件

系統選用了力控實時數據庫，它以其強大的功能，為企業信息化建設提供了完整的實時管理工具，能夠提供及時、準確、完整的產生和統計信息，為實施企業管控一體化提供穩固的基礎和有力的保證。其性能主要有：

(1)真正的分布式結構，同時支持C／S和B／S應用；
(2)實時數據庫系統具有高可靠性和數據完整性；
(3)靈活的擴展結構可滿足用戶各種需求；
(4)高速的數據存儲和檢索性能；
(5)實現了毫秒級數據采集和采集器的時間同步；
(6)以高壓縮比保存數據，實現了歷史數據的海量存儲；
(7)支持OPC、DDE、ODBC、ActiveX等標準；
(8)可以從DCS、PLC以及其它SCADA系統中讀寫過程數據；
(9)每臺力控實時數據庫服務器能采集10萬個不同的數據點。

2．3 操作系統軟件

監控服務器和數據采集服務器選用windows server 2003企業版；

操作員客戶機選用windows xp professional。

以上軟件系統滿足實時應用的及時性和高可靠性，具有開放性、可維護性，并且具有分布式體系和面向對象技術。

3 系統功能

3．1 數據采集

數據采集的內容包括遙測量、遙信量等數據：

(1)遙測量主要包括：電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電度(單回路有功、無功電量，可設置分、谷時段遠程計量)等。
(2)遙信量主要包括：斷路器和刀閘位置、保護自動裝置動作信號、事件順序記錄。

3．2 保護及自動化信息的采集

(1)接收監控站上送的運行信息及變電所內的其它變化信息。
(2)查詢并遠方整定微機保護裝置定值和微機保護裝置的自檢、動作信息。

3．3 數據統計、計算和采樣

(1)電壓等測量值的越限判別、以及在此基礎上的合格率計算。
(2)電網有功、無功功率的電度積分和總加、電網有功電能量總加及功率因數計算。
(3)任意測量值在一段時間內最大、最小、平均值的統計，并記錄最大、最小值出現的時間。

3．4 控翻和調節功能

遙控功能：

(1)對斷路器、隔離開關等進行分合閘操作。
(2)電容器、電抗器的遠方投切。
(3)順序控制，系統按照事先定義好的由多個控制命令組成的系列控制命令對設備進行控制，包括控制的安全性檢查和延遲等。

遙調功能：

遙調功能用于設定各種智能模塊的運行參數，既計算機根據屏幕操作指令或計算機根據對系統分析判斷結果，對智能模塊的設定值和故障保護值進行遠程整定。

3．5 事件順序記錄

井下設備運行發生事故時，系統在監控站或綜合保護器的配合下，按順序記錄繼電保護、自動裝置和斷路器動作的時間，并保存到數據庫中(事故錄波)，供事故分析用。

3．6 運行報警

系統運行過程中發生了某些變化，則會立即提示出來，告知調度人員。

(1)報警類別包括事故、遙信變位、遙測越限、保護動作、遙控操作、系統運行等。
(2)不同類別的信息具有不同優先級，同時有多個信息需要提示時，優先提示級別較高者。
(3)分類保存告警信息。

3．7 畫面顯示及人機交互操作

提供了友好的、易于操作的畫面風格，畫面上顯示了電壓、電流、有功功率、功率因數等值及開關的狀態，可以查看實時歷史曲線，查看報警記錄等。可完成的交互操作主要包括：掛牌操作、人工置數、保護操作、系統內主要設備參數及操作運行日志的瀏覽和檢索。

3．8 報表系統

報表系統提供了整點記錄、日報表，月報表、年報表等不同形式的報表格式，內容包括系統運行、設備健康狀態級報表、電能平衡報表、電壓監察報表、事故(故障)明細報表等；可實行報表管理、報表定義、報表打印等功能。

3．9 安全管理

所有的系統操作員(系統管理員、系統維護員、操作員等)根據其需要被賦予不同管理范圍和操作權限，依登錄的權限控制操作人員的讀、寫、維護、執行等行為。

重要遙控實行口令字控制，在執行遙控操作時進行口令字校驗，以確保無關人員不能執行遙控操作。

所有登錄(退出)和修改口令、權限、重要操作都能按時記錄備查。

4 系統主要技術指標

系統最大容量：每臺分站最多可以外掛64臺綜合保護器。

傳輸介質：

(1)地面集控站到井下監控分站之間的傳輸介質為光纖；
(2)井下監控分站到綜合保護器之間的傳輸介質為通信電纜。

傳輸方式：

(1)地面集控站到井下監控分站之間為IEP／IP協議；
(2)井下監控分站之間TCP／IP協議；
(3)井下監控分站到綜合保護器之間為RS485。
傳輸速率：光纜傳輸速率為10 Mbps，通信電纜傳輸速率為2 400 bps。
傳輸距離：KJ392-F礦用隔爆兼本安型分站與綜合保護器之間的距離為2 km。

5 結束語

目前，在陽煤集團開元礦運行的該系統安全穩定，能夠實時監測井下供電系統各級電壓值，負載電流值，功率值及開關的運行狀態，并能夠查看相關值的歷史曲線；能對各個高低壓開關的保護值進行整定和在線修改，通過在客戶機端的操作實現遠程分合閘；能夠對井下電網的數據實時采集處理，對其出現的短路、過載、過壓、漏電等各種系統故障進行實時告警和定位；另外，系統還預留了視頻及WEB接口，便于將來系統的擴展。通過在該礦的實際應用，說明了該系統技術先進、功能完善、可靠性高，提高了生產效率，為煤礦的井下電力安全提供了很好的保障，產生了很好的經濟和社會效益。