礦井下無人值守變電所電力監控系統的探討與產品選型

 摘要：為了探討井下無人值守變電所的電力監控系統技術，以西山煤電馬蘭礦為背景，詳細闡述了井下無人值守變電所電力監控系統技術的各項基本參數，如額定工作電壓及整機輸入視在功率、交換機或監控分站的傳輸口、高壓配電裝置的傳輸口、真空饋電開關的傳輸口、RS485光信號傳輸口、報警聲強、視頻信號輸入口、后備電池參數、模擬量傳輸處理誤差等。研究表明，該系統為井下供電系統提供了各種保護監視和控制功能，并且通過可靠的通訊信號傳輸到地面調度中心，使值班人員對井下電網運行情況有詳細的了解，該系統在馬蘭礦運行效果良好，有效保證井下供電系統的供電安全和供電可靠性，并且為馬蘭礦帶來了較高的經濟效益和很好的社會效益，該系統具有非常廣闊的應用前景。

   關鍵詞：井下；無人值守變電所；電力自動化；監控系統

1研究背景

   井下供電是煤礦“六大件"之一，其重要性不言而喻，但是井下供電系統的安全穩定性一直是困擾煤礦安全的一項重要因素，煤礦企業本身也采取了很多方法和措施進行解決。國內外學者也對其進行了大量研究，從整個系統的安全方面，通過分析煤礦井下目前狀況下存在的安全問題，提出了諸多能提高井下可靠性的方法；分析井下供電系統跳閘的原因，提出了一種防止供電跳閘的監控系統，該系統采用“三位一體"防越系統，能有效提高整個供電系統的穩定性和可靠性；分析陽煤集團井下出現過的常見供電故障，并將其分類，針對各類型提出了相應的保護供電系統的方法和措施；針對煤礦井下高壓供電系統失壓保護，分析了其具體的原因，并針對其原因，對綜合失壓保護裝置進行了改造和升級，保證了井下供電系統的安全和可靠。通過研究，取得了大量研究成果，但是這些針對井下供電系統都是泛泛而談，沒有從根本上解決井下供電系統安全可靠性問題。

   本研究基于馬蘭礦研究井下無人值守變電所電力監控系統技術，該技術是在地面綜合自動化技術的基礎上發展起來的，同時也是基于井下實際條件專門針對供電系統的一種監測監控設備。井下無人值守變電所電力監控系統技術為井下供電安全提供了保護和監控等功能，通過可靠的信號將井下情況反應到井上，從而使得井上技術人員能清晰準確的判斷井下供電情況，保證井下供電系統的供電安全。因此，2017年5月在馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監控分站，并取得了良好的效果，有效保證了井下供電系統安全可靠性。

2井下無人值守變電所電力監控系統技術

2.1額定工作電壓及整機輸入視在功率

   額定工作電壓：AC127V；整機輸入視在功率：≤150VA。

2.2交換機或監控分站的傳輸口

   與地面MIEN6208工業以太網交換機或同型號電力監控分站的傳輸口如下。

（1）傳輸口數量為2路。

（2）傳輸方式為TCP／IP以太網光信號傳輸。

（3）連接形式為SC。

（4）傳輸速率為10／100Mbps自適應。

（5）傳輸距離上限。10km（發射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm，使用MGTSV4B礦用單模光纜；光纖接點總數22個，其中熱熔接點10個，冷熔接點10個，活動連接點2個）。

2.3高壓配電裝置的傳輸口

   與PBG型礦用隔爆兼本安型永磁機構高壓配電裝置（內置ZBT-11高開綜合保護器）的傳輸口（本安）如下。

（1）傳輸口數量為2路（P3和P4口）。

（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485。

（3）數據傳輸速率為9600bps。

（4）傳輸距離。1km（使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導線截面不小于1.5mm2）。

（5）監控容量上限。每個傳輸口可掛接8臺PBG型礦用隔爆兼本安型永磁機構高壓配電裝置（內置ZBT-11高開綜合保護器）。

2.4真空饋電開關的傳輸口

   與KJZ16型礦用隔爆兼本安型真空饋電開關的傳輸口（本安）如下。

（1）傳輸口數量為2路（P5和P6口）。

（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485。

（3）數據傳輸速率為9600bps。

（4）傳輸距離。1km（使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導線截面不小于1.5mm2）。

（5）監控容量上限。每個傳輸口可掛接8臺KJZ16R型礦用隔爆兼本安型真空饋電開關。

2.5 RS485光信號傳輸口

（1）傳輸口數量為1路×2纖（P3口，可改配為RS485電傳輸）。

（2）傳輸方式為主從式，半雙工，RS485光傳輸。

（3）連接形式為單模、SC。

（4）傳輸速率為為9600bps。

（5）傳輸距離上限。

         10km（發射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm，使用MGTSV4B礦用單模光纜；光纖接點總數22個，其中熱熔接點10個，冷熔接點10個，活動連接點2個）。

2.6報警聲強

   報警聲強為不小于80dB（A）

2.7視頻信號輸入口。

           1路視頻信號輸入。連接方式：ST。接收靈敏度：-28dBm（單模光信號，光波長1310nm）

2.8后備電池參數

   使用2組鎳氫電池串聯作為備用電源。電池數量為2節串聯。電網斷電后，后備電池保證設備連續工作時間不小于2h。

2.9顯示范圍

（1）單相電流。0~630A（過流120％，ZBT-11型保護器采集）；顯示單相電壓：0~10kV（過壓120％，ZBT-11型保護器采集）。

（2）單相電流。0~630A（過流120％）；顯示的單相電壓：0~1140V（過壓120％）。

2.10模擬量傳輸處理誤差

   高低壓保護器的電流、電壓傳輸誤差不大于0.5％（F.S.）。馬蘭礦井下變電所、南一下組煤變電所、南翼變電所、南五變電所、麻家口變電所、南七變電所、南六變電所、北三下組煤變電所、北翼變電所安裝了井下電力監控分站。通過實踐發現，該井下無人值守變電所電力監控系統具有以下幾個功能特點：①，具有與上位機雙向通信功能；②，具有與高低壓保護器雙向通信及工作狀態顯示功能；③，具有顯示高壓保護器和低壓保護器采集的電流、電壓值；④，具有顯示高壓保護和低壓保護的分、合閘狀態；⑤，具有預告報警和事故報警功能，報警方式為聲音報警；⑥，電力監控分站能與專用遙控器配合使用，通過遙控器控制，可直接下發指令信息到高低壓保護器?，F以上各變電所，均能在電力調度中心實現遙控、遙調、遙信、遙測、遙視。

3應用情況及效益分析

3.1應用情況及經濟效益

   該系統為實現無人值守變電所打下了基礎。節約人工每天約15人，人均一天費用按照200元，則全年節約人工費用為1095000元。同時該監控系統是一次性投資，長久性使用。

3.2社會效益

   該系統經過調研，設計，現場使用和多次改進、完善，達到預期設計目標，大大地提高了供電系統的運行質量，為礦井的安全生產提供了有力的保障。

（1）實現了減員增效。實現井下變電所無人值守，每個變電所可以節約用工半數以上。

（2）可以及時發現故障。通過該系統的語音報警、視頻監視和界面顯示能夠及時發現故障點和故障類型，便于現場值班維護人員及時予以處理，減少了事故處理時間，提高了礦井供電的安全可靠性。

（3）方便電量統計和系統運行情況分心。通過調閱、打印電量和運行情況的小時、日、月等報表，對供電系統運行情況分析，為提供供電管理水平提高依據。

（4）提高安全意識，避免違章操作。應用井下電力監控系統，規范了各項電氣試驗、檢查的操作程序，并有詳細的記錄備查，提高了現場人員的安全意識，可有效避免違章操作。

（5）可實現快速故障診斷，保證控制的實時性、確定性和可靠性。

4推廣應用前景

   該系統為井下供電系統提供了各種保護監視和控制功能，并且通過可靠的井上，井下通訊，將監視與控制延伸到地面電力調度中心，使地面值班人員可以清楚的了解井下電網的供電狀況，可將井下固定值班方式轉變為少數人巡檢的方式。自從馬蘭礦各變電所安裝了井下電力監控系統后，供電更加穩定、可靠。為實現井下變電所無人值班打下基礎。同時，在煤礦井下電力自動化應用中具有非常廣闊的應用前景。

5 安科瑞產品介紹

5.1概述

          Acrel-2000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化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發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化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站多方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

5.2 系統結構

          Acrel-2000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、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

圖5電力監控系統組網方式

5.2.1 實時監測

   安科瑞Acrel-2000電力監控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，10kV配電系統中監測的開關量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預告信號；400V低壓進線回路電參量主要有：開關狀態、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；400V低壓出線回路主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警、三相（單相）電流、三相功率。

5.2.2 詳細電參量查詢

   在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線。

5.2.3運行報表

   查詢各回路或設備時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。