任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文介紹了自動化電力控制系統(tǒng)的概念、優(yōu)勢和組成，簡要分析了電力監(jiān)控設(shè)備軟件設(shè)計的不足，并指出了電力監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦多種場合的應(yīng)用，期望給煤礦電力設(shè)備自動化監(jiān)管平臺建設(shè)提供有益的思考。

關(guān)鍵詞：煤礦，自動化，電力監(jiān)控系統(tǒng)

0引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，許多煤礦企業(yè)為不斷降低生產(chǎn)成本、減輕員工的勞動強度在生產(chǎn)過程中引入自動化電力監(jiān)控設(shè)備,大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。目前，煤礦企業(yè)普遍釆用的供電系統(tǒng)電力監(jiān)控設(shè)備主要依靠微機設(shè)備實現(xiàn)，雖然該技術(shù)投入使用時間較長，技術(shù)成熟度較高，但在監(jiān)控軟件設(shè)計、自動化控制、系統(tǒng)程序優(yōu)化等方面存在不足。為了實現(xiàn)對煤礦電力系統(tǒng)的高效監(jiān)控，需要加強優(yōu)化電力軟件和系統(tǒng)設(shè)計能力，將完善的電力監(jiān)控體系引入煤礦建設(shè)和生產(chǎn)，實現(xiàn)在煤炭工業(yè)中多方面的應(yīng)用。

1自動化電力控制系統(tǒng)的概述

1.1自動化控制技術(shù)概念

自動化控制技術(shù)是一項在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛使用，包含機械、電氣等學(xué)科自動化設(shè)計及自動化控制的相關(guān)理論和技術(shù)的總和。自動化技術(shù)的顯著特點是智能化、信息化，通過現(xiàn)代化的控制技術(shù)和手段，解放了勞動力，提高了單位生產(chǎn)效率，避免了員工置身于危險、繁重、低效的工作環(huán)境中。自動化控制技術(shù)反映了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展進步,煤炭工業(yè)電力控制系統(tǒng)也在不斷完善自動化電力管網(wǎng)建設(shè)，使得煤礦生產(chǎn)更加安全、高效。近年來,物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)等技術(shù)的興起為電力系統(tǒng)自動化建設(shè)提供了物質(zhì)和技術(shù)支撐，國家和社會層面逐漸深入討論了自動化技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用,煤礦企業(yè)應(yīng)加強電力自動化技術(shù)研究，充分挖掘自動化技術(shù)在電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用渠道，以推動我國煤炭工業(yè)長期健康發(fā)展。

1.2自動化控制的優(yōu)勢

傳統(tǒng)煤礦開采屬于人員密集性行業(yè)，井下生產(chǎn)大多依賴人工方式,工作效率低下，人員暴露在高溫、高濕、多粉塵的作業(yè)環(huán)境中，存在多種安全生產(chǎn)隱患。而自動化控制的顯著優(yōu)勢是將運行過程和管理方式自動化，大大減少了從業(yè)人員的投入數(shù)量，提高了電力設(shè)備運行的安全性。在煤礦電力設(shè)備監(jiān)管中引入自動化技術(shù)和裝備，一方面，可以降低勞動者暴露在危險環(huán)境的頻次，保障從業(yè)人員的生命和企業(yè)財產(chǎn)安全;另一方面，可以提升煤礦井下裝備利用自動化的水平，以及對危險介質(zhì)和因素監(jiān)測的精度和效率,克服了以往人工監(jiān)測的弊端，有利于建立監(jiān)測、分析、預(yù)警為一體的電力設(shè)備自動化監(jiān)測平臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)自動化平臺建設(shè)可以實現(xiàn)24h不間斷、quan方位的有效監(jiān)測，有效銜接電氣設(shè)備監(jiān)管的各環(huán)節(jié)，以提升電力設(shè)備安全管理的水平。一旦電力設(shè)備任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，通過自動化監(jiān)測平臺能夠快速監(jiān)測故障來源，判斷故障類型和危害度，為后續(xù)電氣設(shè)備檢修提供有益的方案，有效避免了人工監(jiān)視易產(chǎn)生的疏漏、監(jiān)管不力等弊端,提高了井下電氣設(shè)備安全監(jiān)管能力，延長了設(shè)備的使用壽命。

1.3煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的組成

目前，我國多數(shù)煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致可以分為地面監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控和通訊設(shè)備以及其他保障設(shè)備3層。地面監(jiān)控系統(tǒng)是自動化電力監(jiān)控平臺的核心部件，也是煤礦地面安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要內(nèi)容。地面監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控計算機、操作軟件、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、USP電源等設(shè)備，地面監(jiān)控系統(tǒng)的操作軟件具有客戶端和瀏覽器的雙重功能，拓寬了裝置運營環(huán)境,采用與煤礦運營要求相符的組態(tài)軟件可以進一步優(yōu)化電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)層級，達到信息共享和遠程監(jiān)控的目的。煤礦電力監(jiān)控平臺正常運作主要依靠以太網(wǎng)的橋梁作用，在地面監(jiān)控站與地下接收站、通訊接口與通訊接口、通訊接口與接收分站之間均依靠以太網(wǎng)進行信息遠距離傳送，從而實現(xiàn)對井下工作環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)的全天候、不間斷監(jiān)視和管理。煤礦電力監(jiān)控自動化平臺體系的基礎(chǔ)是設(shè)備層,其主要包括高、低壓配電柜、配電開關(guān)、繼電保護設(shè)備、電力傳感設(shè)備、電路信號測量設(shè)備等，應(yīng)搜集關(guān)于井下電氣設(shè)備各項運行參數(shù)的詳細信息，并通過以太網(wǎng)傳送給地面電力監(jiān)控平臺進行分析和處理。

2煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1遠程控制和監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計

在煤礦自動化電力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)過程中，一個直接的用途是實現(xiàn)變電設(shè)備的遠程遙控和監(jiān)視功能，而上述功能的實現(xiàn)需要大量電氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的支持，為此，需要在井下變電站傳輸單元配置防爆千兆光纖傳輸設(shè)備，以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。利用智能終端收集井下電氣設(shè)備工作參數(shù)，將控制設(shè)備開關(guān)的斷路器連接在每個智能終端，方便電氣設(shè)備管理人員在安全范圍內(nèi)遠程操作變電站斷路器的斷開與閉合，實現(xiàn)對電力設(shè)備的智能化遠程監(jiān)控。建設(shè)煤礦電力設(shè)備監(jiān)控設(shè)備時，在變電站調(diào)度室安裝自動追蹤攝像探頭，不間斷監(jiān)視變電站重要裝置參數(shù)和斷路器，并根據(jù)需要調(diào)整監(jiān)控探頭的角度，達到遠程監(jiān)視員工行為和重要電氣設(shè)備的目的。要想順利運轉(zhuǎn)上述的遠程控制和監(jiān)視系統(tǒng)，除了需要安裝防爆千兆電纜，還需要構(gòu)建變電站環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，對電氣設(shè)備的信息數(shù)據(jù)進行分類、分組傳輸，以避免發(fā)生數(shù)據(jù)擁擠、數(shù)據(jù)延遲等數(shù)據(jù)傳輸故障。

2.2變電站自動化監(jiān)控軟件的設(shè)計

變電站自動化監(jiān)控軟件設(shè)計的初衷是為井下中央變電室的電源系統(tǒng)提供安全保護，防止高壓電路電流出現(xiàn)過載現(xiàn)象，下文以SCADA自動監(jiān)控系統(tǒng)為例進行說明。煤礦重點變電站過載保護裝置主要由饋線保護、總線耦合器和母線接收器等部件組成，當(dāng)中央變電站饋線保護系統(tǒng)監(jiān)測到電路電流超過規(guī)定值的80%時,過載保護單元發(fā)送故障信號。當(dāng)饋電線路故障進一步惡化，接近甚至達到饋線保護程度的設(shè)定值時，過載保護會引導(dǎo)斷路器跳閘防止災(zāi)害擴大。過載保護可以加快電流過載故障判定的速率，使電氣設(shè)備安全指數(shù)更高，因此，煤礦自動化電力監(jiān)控軟件SCADA體現(xiàn)了電氣監(jiān)控系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。但該監(jiān)測軟件使用過程也暴露出一些問題，例如，軟件代碼穩(wěn)定性不足導(dǎo)致儲存信息碎片化、分布式模塊設(shè)計將相同功能分配至不同板塊、通信設(shè)備和服務(wù)器的待機模式無法提高系統(tǒng)可靠性等問題，需要煤礦電氣工程技術(shù)人員根據(jù)具體應(yīng)用需求進一步優(yōu)化相關(guān)設(shè)計。

2.3電力自控系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)計

設(shè)計電力自控系統(tǒng)內(nèi)部時，應(yīng)根據(jù)煤礦企業(yè)對自動控制模塊的功能要求開展相對應(yīng)的設(shè)計工作。井下電力系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)具備“四遙"功能，包括CPU模塊、數(shù)據(jù)存貯模塊、控制模板和GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊，要求各部分模塊相互配合，快速査找故障節(jié)點，根據(jù)信息反饋的故障類型采取處置手段，并將故障檢修過程記錄后保存在數(shù)據(jù)庫以備日后查驗。井下電力自控系統(tǒng)搭載的保護裝置應(yīng)具備聯(lián)網(wǎng)功能，方便升級改造系統(tǒng)軟件;根據(jù)不同電力控制設(shè)備的類型和應(yīng)用場景，綜合考慮設(shè)置保護參數(shù)及多種控制策略，以滿足井下生產(chǎn)對電力控制調(diào)節(jié)的要求。此外，電力自控系統(tǒng)應(yīng)實時監(jiān)測各設(shè)備的運行狀態(tài)，及時分析采集的數(shù)據(jù)，并匯總成圖表和歷史曲線，方便電氣設(shè)備操作人員更加快速、直觀地了解電氣設(shè)備運行參數(shù)，進而根據(jù)生產(chǎn)變化調(diào)節(jié)保護參數(shù)，確保各電氣裝置順利開展工作。

3自動化電力監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用

3.1煤礦電力智能化監(jiān)控平臺的應(yīng)用

煤礦電力智能化監(jiān)控平臺能有機整合本礦區(qū)所有電氣設(shè)備，主扇風(fēng)機機房、提升機房、主泵機房等動力設(shè)備通過集控技術(shù)整合，經(jīng)過交換機和光纖設(shè)備實現(xiàn)信息交換,調(diào)控各系統(tǒng)間的參數(shù)細節(jié),*終利用數(shù)據(jù)傳輸終端連接現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠程控制中心，實現(xiàn)井下電氣設(shè)備運行狀況的平臺化管理。在煤礦自動化控制平臺環(huán)境中，電氣設(shè)備管理人員可通過一個用戶界面的數(shù)據(jù)庫管理井下多臺電氣設(shè)備,大大節(jié)省了系統(tǒng)接口的成本，減少了電氣設(shè)備的配件釆購和應(yīng)用數(shù)量。此外，工程技術(shù)人員維護和保養(yǎng)電氣設(shè)備時，借助智能化監(jiān)控平臺,依靠數(shù)字化編程和監(jiān)控軟件的應(yīng)用，可不斷優(yōu)化電氣設(shè)備檢修程序，縮小非必要、重復(fù)性檢修范圍，大大節(jié)省了電氣設(shè)備管理和維護成本。

3.2在煤礦變電站場所的應(yīng)用

變電站是維持煤礦電氣設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的核心設(shè)備，將自動化、智能化控制手段引入煤礦中央變電站控制平臺，可實現(xiàn)計算機技術(shù)與煤礦輸電供電技術(shù)的深度融合，便于煤礦電網(wǎng)數(shù)字化、自動化管理。在煤礦變電站的日常管理中，解決不同電源間的電位差問題保障電氣設(shè)備正常工作是重點話題,這需利用等電位連接技術(shù)。鑒于煤礦電氣設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，若不能有效控制等電位的連接方式，極有可能造成電氣設(shè)備實際功率不穩(wěn)定而發(fā)生故障。因此，需要將電氣自動化技術(shù)引入煤礦變電站管理平臺，一方面嚴格控制等電位連接路徑，另一方面合理規(guī)劃電氣設(shè)備網(wǎng)絡(luò)分布，不斷優(yōu)化相似功率電氣設(shè)備位置分配，提高電氣設(shè)備等電位連接的可靠性。同時，煤礦電力監(jiān)控智能平臺可將電氣裝置模擬數(shù)據(jù)、脈沖數(shù)據(jù)等實時運行數(shù)據(jù)反饋至中央控制室，方便電氣設(shè)備控制人員遠距離調(diào)節(jié)斷路器的斷開和閉合，*終實現(xiàn)井下電氣設(shè)備的平穩(wěn)高效運轉(zhuǎn)。

3.3在電氣設(shè)備管理方面的應(yīng)用

在電氣設(shè)備管理方面，一些煤礦企業(yè)傾向于采用人工方式管理電氣設(shè)備，很容易因人員主觀因素導(dǎo)致電氣設(shè)備運行偏差，高度依賴電氣工程技術(shù)人員的個人經(jīng)驗，經(jīng)過多次檢驗排查后才能消除電氣設(shè)備故障，增加了企業(yè)生產(chǎn)性成本。為此,煤礦企業(yè)管理人員應(yīng)高度重視自動化電力監(jiān)控設(shè)備的使用價值，引入*新的電力監(jiān)管設(shè)備和技術(shù)充實現(xiàn)有電氣設(shè)備管理模式?，F(xiàn)代煤礦電氣設(shè)備管理通常釆用以太網(wǎng)作為信息溝通的橋梁，引入多種煤礦開采機械化設(shè)備和運輸設(shè)備,充分整合礦山電力監(jiān)控系統(tǒng)、煤炭運輸及保護系統(tǒng)、井下通風(fēng)排水系統(tǒng)等自動化遠程控制平臺，將多設(shè)備、多功能的監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)，降低了煤礦企業(yè)電力設(shè)備運營成本，提升了企業(yè)電氣設(shè)備整體的安全性和穩(wěn)定性。

3.4在電力通信方面的應(yīng)用

在電力通信設(shè)備應(yīng)用方面，煤礦自動化電力監(jiān)視系統(tǒng)也有廣泛的應(yīng)用環(huán)境。數(shù)據(jù)服務(wù)器作為一種電氣信號數(shù)字化處理中樞，不但能監(jiān)控智能控制平臺的參數(shù)，還能利用Web服務(wù)器進行適當(dāng)?shù)臄?shù)字運算，大大拓寬了電氣設(shè)備監(jiān)管平臺的應(yīng)用場景，例如，數(shù)據(jù)服務(wù)器可以估算電氣設(shè)備運行參數(shù)的上、下限模擬量，并針對電氣設(shè)備釆集電路學(xué)參數(shù)進行周期性存儲，方便隨時調(diào)用電氣設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。在通訊服務(wù)器環(huán)節(jié)，釆用防爆千兆光纖傳輸數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控工作站以及變電所之間通過數(shù)據(jù)連接，利用以太網(wǎng)模式將各服務(wù)器接口模式兼容,實現(xiàn)了電氣設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)、數(shù)字信號轉(zhuǎn)化、數(shù)字格式化等工作的高效銜接。在實際電力通信設(shè)備管理中，許多煤礦企業(yè)采用雙機備用系統(tǒng)以保障井下、井上電氣設(shè)備的連通，在不影響電力監(jiān)控設(shè)備使用需求的前提下，實現(xiàn)電力設(shè)備互為備用，避免單一設(shè)備損壞影響整體電力監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。

4.安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

4.1概述

針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護裝置等設(shè)備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)對變電站quan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(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。

4.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和運行維護。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

4.4系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

（2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

（4）運行報表：查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)。

（5）實時告警：具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

（7）電能統(tǒng)計報表：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)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況。

（8）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

（9）網(wǎng)絡(luò)拓撲圖：支持實時監(jiān)視并診斷各設(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)。

（10）電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

（11）遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

（13）事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。

（14）Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

（15）APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)論

綜上所述，自動化電力監(jiān)控系統(tǒng)是一項推動煤礦企業(yè)監(jiān)視和調(diào)節(jié)電氣設(shè)備運行的關(guān)鍵性技術(shù)，值得煤礦企業(yè)管理人員高度重視。目前，在煤礦企業(yè)普遍推進數(shù)字化管理的背景下，通過優(yōu)化遠程控制和監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計、變電站自動化控制系統(tǒng)設(shè)計、電力自控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計，滿足了自動化電力監(jiān)控設(shè)備在監(jiān)控平臺建設(shè)、變電站場所、電氣設(shè)備管理和電力通信設(shè)備的應(yīng)用，實現(xiàn)了電力設(shè)備的自動化、智能化管理，應(yīng)不斷將煤礦電力監(jiān)測系統(tǒng)推向更加正確、科學(xué)的管理模式。

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作者簡介

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。