關(guān)于礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與產(chǎn)品選型

摘要：煤礦供電系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿ΡＵ?, 一旦電力中斷 , 生產(chǎn)將被迫停止 , 同時(shí)停電后容易發(fā)生瓦斯積聚爆炸、淹井等惡性事故，現(xiàn)有配電室采用不同廠商的保護(hù)裝 置產(chǎn)品，沒有形成有效的監(jiān)控配電系統(tǒng)，不便于管理和實(shí)現(xiàn)無人值守。因此，迫切需要一套智能監(jiān)控配電系統(tǒng)來保護(hù)礦井的供電安全。目前，通過使用電子計(jì)算機(jī)達(dá)到以對(duì)信息進(jìn)行收集、傳送以及處理為目的的先進(jìn)的電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，能保證電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

本文所研究的某大型現(xiàn)代化生產(chǎn)礦井的運(yùn)行特點(diǎn)為工作負(fù)荷大、分布廣泛、供電系統(tǒng)復(fù)雜，其中地面 6kV 變電所、6kV 高壓機(jī)房、箱式變壓器有 16 個(gè)，分布地面工業(yè)廣場(chǎng)、東風(fēng)井、北風(fēng)井、西風(fēng)井，相互之間距離較遠(yuǎn)，通過建立地面電力集中自動(dòng)化系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)信息傳送到地面自動(dòng)化控制中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控和操控等功能，并且可以通過 OPC 接口轉(zhuǎn)發(fā)向礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)提供電網(wǎng)相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)。

礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概述 

該礦地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)站控層、通信層、保護(hù)間隔層這主要的三部分共同組成。地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主干通訊網(wǎng)絡(luò)，依靠礦已經(jīng)建設(shè)的 6 個(gè)地面變電所安裝的工業(yè)環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。在變電所內(nèi)安裝通訊管理機(jī)，通訊管理機(jī)具有上行網(wǎng)絡(luò)光 / 電口和下行 485 接口，上行通過網(wǎng)絡(luò)電口接入到就近的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)進(jìn)行與已經(jīng)建立的電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，下行 RS485 接口與變電所內(nèi)的高壓綜保相連接，實(shí)現(xiàn)綜保數(shù)據(jù)的采集及控制功能。而相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集工作，主要是通過站控層實(shí)現(xiàn)的，其收集信息的裝置首先通過現(xiàn)場(chǎng)總線與通信管理機(jī)相連后，再與通信網(wǎng)絡(luò)層的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與監(jiān)控管理層建立聯(lián)系。通信服務(wù)器與通信控制處理軟件兩部分共同組成了通訊網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)主要是通過對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)信息的采集和處理來反映各變電所實(shí)時(shí)的運(yùn)行情況，以便于相關(guān)人 

員能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，迅速掌握系統(tǒng)的變化，以達(dá)到對(duì)該礦區(qū)地面變電所調(diào)度的集中。

礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組成 

在硬件方面，該系統(tǒng)主要由為通訊管理機(jī)、服務(wù)器以及監(jiān)控中心工作站等設(shè)備組成。服務(wù)器采用雙份熱備用運(yùn)行模式，保證系統(tǒng)可靠。其中通訊管理機(jī)共計(jì)設(shè)置 8 臺(tái)，根據(jù)礦工業(yè)廣場(chǎng)變電所的距離設(shè)置，其主要功能是具有多個(gè)下行通訊接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，將變電所內(nèi)所有的智能監(jiān)控、保護(hù)裝置的通訊數(shù)據(jù)整理匯總后，實(shí)時(shí)上送監(jiān)控中心后臺(tái)機(jī)，完成遙信、遙測(cè)功能；另一方面接收后臺(tái)機(jī)下達(dá)的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給變電所內(nèi)的智能控制單元，完成對(duì)變電所內(nèi)各開關(guān)設(shè)備的分、合閘遠(yuǎn)方控制、參數(shù)整定，實(shí)現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能；同時(shí)配備多個(gè)串行接口，便于變電所內(nèi)的其它智能設(shè)備通訊。 

2 臺(tái)服務(wù)器放置在服務(wù)器機(jī)房，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦區(qū)全部變電所的所有設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。若一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障，另一臺(tái)服務(wù)器則在執(zhí)行本身功能的基礎(chǔ)上，還會(huì)替代故障服務(wù)器的功能，即執(zhí)行所有功能。 

2 臺(tái)監(jiān)控中心工作站放置在地面自動(dòng)化控制中心，有人員專門值守，負(fù)責(zé)對(duì)全礦各變電所進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，做到遠(yuǎn)程控制。 

礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)系統(tǒng)功能 

對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，整個(gè)工作系統(tǒng)的監(jiān)視與控制是礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能。下面將主要將從數(shù)據(jù)采集和處理功能兩方面對(duì)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行闡述。 

（1）數(shù)據(jù)采集功能。數(shù)據(jù)采集是該系統(tǒng)工作的最基礎(chǔ)的部分，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)收集各監(jiān)控子站傳出的參數(shù)（如電流電壓值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電度、開關(guān)所處狀態(tài)、通信狀態(tài)、保護(hù)器定值等）來達(dá)到對(duì)礦井地面電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)則是以 SQL Sever 2008 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 

（2）數(shù)據(jù)處理功能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能是將各種數(shù)據(jù)全部采集之后執(zhí)行的，最終實(shí)現(xiàn)變電所內(nèi)開關(guān)的遠(yuǎn)程遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、要信等功能，以及在線參數(shù)監(jiān)測(cè)、故障定位報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、用電計(jì)量管理、開關(guān)變位告警、保護(hù)動(dòng)作告警、電壓電流越限告警，并有文字窗口、聲音提示、短信發(fā)送等功能。 

系統(tǒng)可靠性 

電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在礦井地面變電站中具有良好的應(yīng)用價(jià)值，能夠在維護(hù)變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，促進(jìn)變電站管理水平的不斷提升，對(duì)智能變電站的設(shè)備運(yùn)行及電能消耗進(jìn)行科學(xué)化控制，從而保證電力企業(yè)的綜合效益。同時(shí)能提前發(fā)出故障警報(bào)，便于相關(guān)技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在的問題，從而降低電力事故發(fā)生幾率。

系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

（2）報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2） 對(duì)每一測(cè)量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3） 開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報(bào)警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。

（3）調(diào)節(jié)與控制

操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級(jí)：

一級(jí)控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級(jí)的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

二級(jí)控制，間隔層后備控制。其與第三級(jí)控制的切換在間隔層完成。

三級(jí)控制，站控層控制。該級(jí)控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

四級(jí)控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級(jí)。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級(jí)層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對(duì)任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

定時(shí)控制。操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對(duì)直流為110V（220V）、5A，對(duì)交流為220V、5A。

（4）用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

系統(tǒng)硬件配置

無論是對(duì)企業(yè)本身來說還是對(duì)社會(huì)來說，礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用都是及其有利的。對(duì)企業(yè)自身來說，該系統(tǒng)的應(yīng)用在更大程度上保證了相關(guān)工作人員的人身安全、提高有關(guān)用電管理方面的效率、降低噸煤電耗、大大改善了工作條件、提高企業(yè)的盈利水平以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)社會(huì)來說，該系統(tǒng)的應(yīng)用可以減少企業(yè)對(duì)能源的消耗的同時(shí)也可以做到對(duì)環(huán)境的影響更小。