KJ626煤矿供电监控系统的设计和应用

        摘要： 本文介绍了KJ626煤矿供电监控系统的设计方案，该系统是一套基于工业以太网和现场总线智能通讯技术，采用WINCE嵌入式软件、分布式实时数据库和MACS-SCADA工控组态软件技术，对煤矿井下高低压电网进行实时电力数据采集、数据记录、故障诊断、故障记录、自动化控制以及管理的大型网络监控管理系统，实现了对井下供电系统及其用电设备的“四遥”（遥信、遥测、遥控、遥调）功能。同时介绍了该系统在同煤塔山煤矿的应用情况。

1 概述
        如今煤矿机械化和自动化程度的不断提高, 安全供电是保证各个生产环节的正常运行的必要条件。煤矿供配电系统可靠的运行对煤矿的安全生产显得十分重要。尽管近年来煤矿供电管理部门在改进井下配电装备、应用新技术成果的同时，不断强化人员素质的管理，使煤矿井下供电系统的可靠性得到了提高，但由于人为因素造成的供电事故时有发生，影响了煤矿的安全生产。另外，供电部门每天用于值班和线路维护的工作人员较多，劳动生产率较低。因而，对井下供电系统实施微机保护和监控以及实现变电所无人值守就显得十分迫切。就目前的煤矿供电系统而言，虽然微机保护和监控系统也得到了应用，但主要是针对地面供电系统，用于井下的微机保护和监控装置还不多，大部分是在防爆开关中设置漏电保护、过载保护、短路保护、欠压保护、断相保护等保护功能,采区内配电设备的联网功能较弱。实现井下变电所无人值守, 就是要实现遥信、遥测、遥控、遥调四遥功能和各种保护功能。KJ626煤矿供电监控系统针对煤矿供配电系统的特点，采用地面电力自动化系统的最新技术、嵌入式技术、分布式网络技术等开发的新一代煤矿电力监控系统，可对煤矿地面和井下供电系统实施一体化的实时监控，该系统为矿井电网的安全运行提供了现代化的管理手段。
2 系统组成与功能
2.1 系统组成
        KJ626煤矿供电监控系统主要由井下电力监控设备和地面中心站组成。在地面电力监控调度中心安装系统主机及相关设备，将井下供电监控设备信号通过环网交换机传送到地面电力监控调度中心，集中控制管理。
        本系统可分为四个层次：基础设备层（高低压综合保护器）、中控层（KJ626-F电力监控分站、传输通讯层（井下环网交换机）、地面监视监控层（地面电力监控调度中心）可显示供电系统运行图和各种图表曲线等。其中基础设备层主要完成高低压开关数据采集、计算、保护和控制执行，并通过RS485总线接入电力监控分站中，监控分站与传输通讯层连接，通过传输通讯平台将信号转换成光信号高速传输到地面监视监控层（地面电力监控调度中心）。
        KJ626煤矿供电监控系统框图如下图1。

图1 KJ626煤矿供电监控系统框图

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    (1) 遥信功能: 实时反映开关的分、合闸状态,包括开关运行参数、正常、事故遥信变位。
        (2) 遥测功能: 实时监测供电系统的电压、电流、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、功率因数及绝缘监视电阻等电力参数。如图3所示。

图3 KJ626煤矿供电监控系统“四遥”功能

        (3) 遥控功能: 地面远程控制及闭锁、井下开关断路器或接触器的遥控分、合闸操作、保护信号复归操作和启动录波操作等。
        (4) 遥调功能: 远方保护定值召唤、整定修改及打印。设定时为了定值设定的安全可靠, 分定值预设和定值固化两步进行。
        (5) 保护功能: 具有漏电闭锁、过流（短路、过负荷等）、欠压、过压、接地、断相保护功能，抗干扰能力强，动作准确可靠，速度快。
        (6) 自诊断功能：当系统中综合保护器、分站、传输光缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。如图4所示。
        (7) 系统具有以地点、名称和设备编号为索引的存储和查询功能：馈电开关分/合等开关量变化时刻及状态；设备故障/恢复正常工作时刻及状态等；过流（短路、过负荷等）、过压、断相、接地、漏电、误操作等保护/恢复时刻及状态；
        (8) 系统具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能。能在同一坐标上用不同颜色显示最大值、平均值、最小值等曲线。可设时间标尺，并可显示出对应时间标尺的模拟量值和时间等。系统应能在同一时间坐标上，同时显示模拟量曲线和开关状态图等。
        (9) 系统具有软件自监视功能。
        (10) 系统上位机具有实时显示各种监测数据、图形、曲线和表格等功能, 能够完成历史曲线打印、报表查询、报表设计和图形绘制等功能。
        (11) 系统具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用、控制命令输入等。并具有操作权限管理功能。
        (12) 系统具有双机切换功能。系统主机双机备份，并具有手动切换功能。当工作主机发生故障时，备份主机投入工作。

图4 KJ626煤矿供电监控系统故障报警日志记录

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4 系统主要技术指标
        4.1模拟量/累计量输入传输处理误差
        模拟量/累计量输入传输处理误差不大于1.0%。
        4.2系统巡检周期与控制响应时间
        系统巡检周期小于10s。远程控制响应时间与异地控制响应时间均小于系统巡检周期，就地控制响应时间不大于2s。
        4.3最大传输距离
        综合保护器至分站之间的传输距离不小于2km；分站与交换机之间的传输距离不小于10km。
        4.4最大监控容量
        系统理论可接入分站数量为：16台。分站理论可接入的馈电开关数量为：32台。
        4.5双机切换时间
        从工作主机故障到备用主机投入正常工作时间小于2min。
        4.6传输性能
        a)交换机与交换机之间及与分站之间通信：
        传输方式：单模光纤；
        传输速率：10/100/1000Mbps自适应；
        光功率：（-25～0）dBm；
        最大传输距离：10km。
        b)分站与馈电开关之间通信：
        传输方式：RS485
        传输速率：9600bps
        信号传输电压峰峰值：（1～5）V；
        信号传输电流幅值：≤15mA；
        最大传输距离：2km；
        c)交换机与计算机之间的通信：
        传输方式：单模光纤
        传输速率：10/100/1000Mbps自适应；
        光功率：（-25～0）dBm；
        最大传输距离：10km。
        4.7误码率
        误码率不大于10-8。误码率测试如图5所示。

图5 KJ626煤矿供电监控系统误码率测试

5  系统应用
        塔山煤矿电网监测监控系统自安装运行后,为指挥生产用电和节电工作提供了可靠的依据,提高了塔山煤矿的用电管理水平,可靠的实现了遥信、遥测、遥控、遥调，进一步推进了煤矿供电管理向数字化，智能化的发展。

（北京和利时自动化驱动技术有限公司 吴升 王彦斌 高保卫）

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