胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：在從構成和設計原則兩個(gè)方面對煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統進(jìn)行介紹和分析的基礎上，深入探究無(wú)人值守監控系統的應用，詳細分析其應用功能和應用價(jià)值，以期為無(wú)人值守監控系統的應用提供借鑒，提高煤礦的管理水平。

關(guān)鍵詞：煤礦；采區變電所；無(wú)人值守；監控系統

0引言

近年來(lái)，雖然中國已經(jīng)開(kāi)始控制煤炭開(kāi)采速度，但是煤炭在中國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展中所起到的作用仍舊是不容忽視，因此需要重視煤礦的開(kāi)采和運輸。煤礦井下采區變電所是為煤礦的開(kāi)采和運輸服務(wù)，在煤礦井下采區變電所應用無(wú)人值守監控系統對于煤礦的開(kāi)采和運輸具有重要意義，要予以高度重視。

1煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統概述

1.1煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統構成

煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統由三個(gè)部分組成，分別是地面監控中心、遠距離傳輸信道和井下分站及測控單元(即綜保遠動(dòng)裝置)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是地面監控中心相當于總指揮，由煤礦井下采區的各個(gè)測控單元進(jìn)行具體監控，然后通過(guò)遠距離傳輸信道與煤礦井下分站進(jìn)行數據和信息的匯總和傳輸。

無(wú)人值守監控系統主要由地面上位機、傳輸信道、煤礦井下采區變電所通訊分站和煤礦井下采區變電所高低壓防爆開(kāi)關(guān)構成。煤礦井下采區變電所高低壓防爆開(kāi)關(guān)的信息由485通訊傳輸到煤礦井下采區變電所分站，再由煤礦井下采區變電所分站進(jìn)行匯總后通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸到地面上位機，*后地面上位機中的“組態(tài)王"工控軟件對煤礦井下采區變電所高低壓防爆開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，掌握高低壓防爆開(kāi)關(guān)的實(shí)際狀況，從而真正實(shí)現遙測、遙信、遙控和遙調這四個(gè)功能。

1.2煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的設計原則

a)煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統實(shí)質(zhì)上是電網(wǎng)調度自動(dòng)化中的子系統。因此，無(wú)人值守監控系統需要要符合電網(wǎng)調度自動(dòng)化的整體設計要求，并在具體設計過(guò)程中，能夠在將成本控制在一定額度的同時(shí)，遵守高質(zhì)、安全的信息傳輸和資源共享的原則；

b)在設計煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統具體功能時(shí)，可以遵守下放原則，即將一切能夠在間隔層進(jìn)行的功能都下放到間隔層，省略傳輸到網(wǎng)絡(luò )和監控主機的環(huán)節，節省再次傳輸的時(shí)間，提高工作效率；

c)兼備遠方和就地兩種控制操作，以就地控制輔助遠方控制，并設定在同一個(gè)時(shí)間內僅能選擇一種控制方式，避免二者發(fā)生沖突；

d)推動(dòng)保護和測控的一體化，保證保護功能能夠獨立運行，提高動(dòng)作的可靠性；

e)以測量的準確度為設計的重點(diǎn)，使用交流采樣技術(shù)，并通過(guò)計算機進(jìn)行信號的實(shí)時(shí)監控，保證信息采集的精準度，增強信息的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性；

f)由于煤礦井下采區變電所中的電磁場(chǎng)是很強的，會(huì )產(chǎn)生很大的干擾，所以在設計過(guò)程中，需要要對電磁干擾進(jìn)行深入思考，提高系統的抗干擾能力，比如選擇光纖作為通信介質(zhì)；

g)由于該系統強調“無(wú)人值守",因此推動(dòng)保護和測控的一體化可以一定程度上簡(jiǎn)化相對復雜的設備，從而縮減設備的維護成本；

h)無(wú)人值守監控系統的目的是將煤礦井下采區變電所有人值守的工作模式轉變?yōu)闊o(wú)人值守，所以為了

保證系統的安全性，需要要推行遙視警戒技術(shù)的實(shí)施，避免盜竊、浸水等問(wèn)題的發(fā)生。

2煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的硬件設計

2.1模擬量交流采集電路的設計

2.1.1互感器的選擇

為了提高煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的精度，微機保護部分和測量部分的模擬量輸入通道選擇了分開(kāi)設計的形式，其中微機保護部分選了P級電壓電流互感器，以更好地滿(mǎn)足微機保護的快速性。測量部分選擇了精度高的電壓電流互感器，其精度可以達到0.1級。對漏電保護中三相線(xiàn)路的零序電流和零序電壓選擇了零序電流互感器與零序電壓互感器。

2.1.2A/D轉換器的選取

煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統中選擇了DSP(數字信號處理)內嵌A/D轉換器，其精度為12位，具有12.5MS/s的轉換速率，能夠成功接入16通道模擬量。圖1描述的是模擬量交流采集電路。

2.2開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路設計

在煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統中，開(kāi)關(guān)量輸入模塊的主要任務(wù)是完成對現場(chǎng)線(xiàn)路中隔離開(kāi)關(guān)和斷路器運

多路開(kāi)關(guān)

A/DDSP

多路開(kāi)關(guān)

圖1模擬量輸入通道結構圖

電壓信號電流信號

零序電壓信號零序電流信號

電壓/電流互感器

零序電壓/零序電流互感器

前置模擬濾波

前置模擬濾波

采樣保持

采樣保持

電壓形成

電壓形成

行狀態(tài)的采集，并將采集到的數據傳輸至監控中心。而開(kāi)關(guān)量輸出模塊則是收集地面監控中心的遙控指令，并對相應回路的跳閘或合閘進(jìn)行控制。開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊設計過(guò)程中選擇了光電耦合器，其可以降低來(lái)自于大電流、現場(chǎng)高電壓對微機系統造成的電磁干擾。

2.3其他模塊

2.3.1電源模塊

電源模塊選擇了帶失壓延時(shí)功能的寬電壓輸入、高可靠性開(kāi)關(guān)電源的供電方式，在正常工作狀態(tài)下由控制變壓器引入。

2.3.2顯示模塊

顯示模塊可以完成保護裝置的鍵盤(pán)處理、信息顯示和人機交互、紅外遙控接收等功能。顯示窗口選擇了4.3英寸的漢字液晶顯示器，同時(shí)配備了燈光指示信息，其不僅可以使人機界面清晰易懂，而且還可以更為直觀(guān)地呈現出保護裝置的運行信息。同時(shí)，顯示模塊可以借助按鈕、鍵盤(pán)和紅外遙控器來(lái)完成一系列操作，使操作方便、可靠、安全。

3煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的軟件設計

煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控軟件系統選擇C語(yǔ)言進(jìn)行編程，由主程序和一系列功能模塊子程序構成模塊化結構設計。功能模塊子程序包括了測控部分計算模塊、系統初始化模塊、顯示模塊、人機接口模塊、故障處理模塊、中斷服務(wù)模塊、串行通信中斷模塊等。主程序既可以完成裝置自檢和系統初始化等任務(wù)，還可以完成電流、功率、電壓等因數的計算和液晶顯示、溫度測量及鍵盤(pán)掃描等操作。由于欠壓和過(guò)壓保護并未對時(shí)間提出較高的要求，因此也可以借助

主程序完成。采樣中斷模塊需要完成對模擬量的采集，并且每個(gè)通道的采集都需要分別保存差分數據和原始數據。采樣中斷程序中每完成一個(gè)采樣周期都需要調用一次故障檢測模塊，以確保系統安全、高效運行。

4煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的應用

4.1煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的應用功能

煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統不僅能夠應用于無(wú)人值守變電所，而且能夠促進(jìn)改進(jìn)傳統變電所。無(wú)人值守監控系統的應用功能十分多樣，下面從保護功能、報警功能、測控功能、軟功能件及其他功能五個(gè)方面進(jìn)行分析。

a)保護功能。煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統不僅可以實(shí)現電流瞬時(shí)速斷和X時(shí)速斷，而且能夠很大程度地避免漏電，并通過(guò)自動(dòng)重合閘對系統和設備進(jìn)行保護，實(shí)現過(guò)電流保護和電機保護；

b)報警功能。煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統對電流進(jìn)行了設置，一旦電流超過(guò)限制額度就會(huì )自動(dòng)報警。另外，無(wú)人值守監控系統還會(huì )對斷路器和瓦斯進(jìn)行監控和監測，如果斷路器發(fā)生故障或瓦斯超過(guò)限定額度，該無(wú)人值守監控系統也會(huì )發(fā)出警報，提醒地面監控中心及時(shí)處理問(wèn)題和故障；

c)測控功能。應用煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統可以實(shí)現遙信、遙調、遙控及交流采樣遙測的測控功能；

d)軟件功能。煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統除了能夠對主接線(xiàn)圖及設備運行狀況進(jìn)行遠程監視、及時(shí)顯示綜合自動(dòng)化裝置傳輸的各種遙信數據和遙測數據外，還可以對設備的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，憑借邏輯識別對自動(dòng)分合閘下達命令并進(jìn)行控制。同時(shí)，無(wú)人值守監控系統的軟件功能還對故障和問(wèn)題進(jìn)行遠

程診斷及對各種事故、越限、報警進(jìn)行詳細記錄等；

e)其他功能。煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統除了具備上述保護、報警、測控、軟件功能外，還具備事故錄波等功能，通過(guò)交流采樣技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，省略直流變送器的環(huán)節，詳細記錄故障波型，分辨故障種類(lèi)和位置，遠程掌控變電所的實(shí)際狀況

4.2煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的應用價(jià)值

煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的應用對于經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和技術(shù)水平的提高均具有積極意義。

a)應用該無(wú)人值守監控系統之后，煤礦值班人員可以根據實(shí)際情況使用地面監控主機對生產(chǎn)進(jìn)行調控和管理，設備維修人員也能夠依據相應的故障報警對故障予以針對性的解決，主要的是管理層可以憑借無(wú)人值守監控系統提供的詳細數據和各種信息提高決策的合理性和科學(xué)性；

b)煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的應用可以有效促進(jìn)煤礦生開(kāi)采和運輸的有序進(jìn)行，降低由于操作失誤而導致事故發(fā)生的幾率，據現階段調查研究可以得出，該無(wú)人值守監控系統可以降低六成～八成的事故；

c)無(wú)人值守監控系統中使用的優(yōu)質(zhì)工業(yè)控制機不僅可以增強煤礦井下采區變電所的可靠性，保證變電所的安全，提升變電所解決問(wèn)題和事故的能力，而且能夠彌補低壓開(kāi)關(guān)存在的顯示方面和記憶存儲方面的不足；

d)煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統在實(shí)際應用過(guò)程中，憑借系統操作簡(jiǎn)便、維護難度低、自動(dòng)化水平高的優(yōu)勢，為煤礦井下采區變電所節約了大量人力、物力和財力，減少了維護設備和系統所需的人數。詳細來(lái)說(shuō)，在應用該無(wú)人值守監控系統時(shí)，變電所僅安排相應的巡視人員就可以滿(mǎn)足需要，相比于原本的人員安排，變電所就可以減少4名員工，如果以年計算，每一個(gè)變電所則可以節省大約6×10?元的人工工時(shí)運行費用。另外，應用該無(wú)人值守監控系統每年還可以降低八成左右的停電事故，提高煤礦的開(kāi)采總量和開(kāi)采效率，促使每年的煤礦開(kāi)采總量增加1×10?t左右，進(jìn)而增加500×10?元的經(jīng)濟收益。

總之，煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統具有很高的應用價(jià)值，在應用該無(wú)人值守監控系統之后，可以有效增強地面對井下采區的控制，在及時(shí)發(fā)現問(wèn)題和故障的同時(shí)，為問(wèn)題和故障的處理提供了更多時(shí)間，提高監控監測的可靠程度，并為煤礦井下供電系統的自動(dòng)化管理提供了可能。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

5.1概述

針對用戶(hù)變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過(guò)微機保護裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、配電室環(huán)境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動(dòng)化的綜合監控系統，實(shí)現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶(hù)變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

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(dòng)化及無(wú)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控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)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、監測、控制、通信等功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站Q方位的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

5.2應用場(chǎng)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(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

5.3系統架構

Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)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(wǎng)方式。

5.4系統功能

5.4.1實(shí)時(shí)監測：直觀(guān)顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

5.4.2電參量查詢(xún)：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

5.4.3曲線(xiàn)查詢(xún)：可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

5.4.4運行報表：查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數。

5.4.5實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

5.4.6歷史事件查詢(xún)：對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

5.4.7電能統計報表：系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況。

5.4.8用戶(hù)權限管理：設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

5.4.9網(wǎng)絡(luò )拓撲圖：支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

5.4.10電能質(zhì)量監測：可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。

5.4.11遙控功能：可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

5.4.12故障錄波：可在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

5.4.13事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩態(tài)信息。

5.4.14Web訪(fǎng)問(wèn)：展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

5.4.15APP訪(fǎng)問(wèn)：設備數據頁(yè)面顯示各設備的電參量數據以及曲線(xiàn)。

5.5系統硬件配置

6結語(yǔ)

煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統的應用不僅能夠提高管理質(zhì)量和管理效率，而且能夠大大增加可靠性和安全性。所以需要促進(jìn)無(wú)人值守監控系統的普及和推廣，促使煤礦井下采區變電所的革新，從而實(shí)現更大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

參考文獻

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