摘要： 介紹了KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)是一套基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線智能通訊技術(shù)，采用WINCE嵌入式軟件、分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和MACS-SCADA工控組態(tài)軟件技術(shù)，對(duì)煤礦井下高低壓電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)電力數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、故障診斷、故障記錄、自動(dòng)化控制以及管理的大型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下供電系統(tǒng)及其用電設(shè)備的“四遙”（遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)）功能。同時(shí)介紹了該系統(tǒng)在同煤塔山煤礦的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控；MACS-SCADA；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場(chǎng)總線；
Abstract: KJ626 Mine electric power supply control system design proposal was introduced, the system is based on a set of Industrial Ethernet and Fieldbus intelligent communications technology, using Windows CE embedded software, Distributed real-time database and the MACS-SCADA control configuration software. Real-time power data acquisition, Data logging, Fault diagnosis, Fault recording, Automation control and management of large-scale network monitoring and management system to high and low voltage power grid of the coal mine, "Four Remote"(Remote signaling, Remote measurement, Remote control, Remote adjustment) function with underground power supply system and electrical equipment were achived. And introduced the application of the system in the Tashan mine of Tongmei Group.
Keywords: Power monitoring; MACS-SCADA; Industrial Ethernet; Fieldbus;
1 概述
如今煤礦機(jī)械化和自動(dòng)化程度的不斷提高, 安全供電是保證各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行的必要條件。煤礦供配電系統(tǒng)可靠的運(yùn)行對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)顯得十分重要。盡管近年來(lái)煤礦供電管理部門(mén)在改進(jìn)井下配電裝備、應(yīng)用新技術(shù)成果的同時(shí)，不斷強(qiáng)化人員素質(zhì)的管理，使煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性得到了提高，但由于人為因素造成的供電事故時(shí)有發(fā)生，影響了煤礦的安全生產(chǎn)。另外，供電部門(mén)每天用于值班和線路維護(hù)的工作人員較多，勞動(dòng)生產(chǎn)率較低。因而，對(duì)井下供電系統(tǒng)實(shí)施微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控以及實(shí)現(xiàn)變電所無(wú)人值守就顯得十分迫切。就目前的煤礦供電系統(tǒng)而言，雖然微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)也得到了應(yīng)用，但主要是針對(duì)地面供電系統(tǒng)，用于井下的微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控裝置還不多，大部分是在防爆開(kāi)關(guān)中設(shè)置漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、斷相保護(hù)等保護(hù)功能,采區(qū)內(nèi)配電設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能較弱。實(shí)現(xiàn)井下變電所無(wú)人值守, 就是要實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)四遙功能和各種保護(hù)功能。KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)煤礦供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用地面電力自動(dòng)化系統(tǒng)的最新技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等開(kāi)發(fā)的新一代煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)煤礦地面和井下供電系統(tǒng)實(shí)施一體化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，該系統(tǒng)為礦井電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了現(xiàn)代化的管理手段。
2 系統(tǒng)組成與功能
2.1 系統(tǒng)組成
KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)主要由井下電力監(jiān)控設(shè)備和地面中心站組成。在地面電力監(jiān)控調(diào)度中心安裝系統(tǒng)主機(jī)及相關(guān)設(shè)備，將井下供電監(jiān)控設(shè)備信號(hào)通過(guò)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳送到地面電力監(jiān)控調(diào)度中心，集中控制管理。
本系統(tǒng)可分為四個(gè)層次：基礎(chǔ)設(shè)備層（高低壓綜合保護(hù)器）、中控層（KJ626-F電力監(jiān)控分站、傳輸通訊層（井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)）、地面監(jiān)視監(jiān)控層（地面電力監(jiān)控調(diào)度中心）可顯示供電系統(tǒng)運(yùn)行圖和各種圖表曲線等。其中基礎(chǔ)設(shè)備層主要完成高低壓開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、保護(hù)和控制執(zhí)行，并通過(guò)RS485總線接入電力監(jiān)控分站中，監(jiān)控分站與傳輸通訊層連接，通過(guò)傳輸通訊平臺(tái)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)高速傳輸?shù)降孛姹O(jiān)視監(jiān)控層（地面電力監(jiān)控調(diào)度中心）。
KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)框圖如下圖1。
圖1 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)框圖
2.2 系統(tǒng)主要功能
圖2所示為KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)圖，它能實(shí)時(shí)反映饋電開(kāi)關(guān)分/合狀態(tài)、電流、電壓、功率、溫度等模擬量數(shù)值、變壓器及電纜是否帶電等。該系統(tǒng)供電圖可局部放大。
圖2 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)圖
(1) 遙信功能: 實(shí)時(shí)反映開(kāi)關(guān)的分、合閘狀態(tài),包括開(kāi)關(guān)運(yùn)行參數(shù)、正常、事故遙信變位。
(2) 遙測(cè)功能: 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、有功電量、無(wú)功電量、功率因數(shù)及絕緣監(jiān)視電阻等電力參數(shù)。如圖3所示。
圖3 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)“四遙”功能
(3) 遙控功能: 地面遠(yuǎn)程控制及閉鎖、井下開(kāi)關(guān)斷路器或接觸器的遙控分、合閘操作、保護(hù)信號(hào)復(fù)歸操作和啟動(dòng)錄波操作等。
(4) 遙調(diào)功能: 遠(yuǎn)方保護(hù)定值召喚、整定修改及打印。設(shè)定時(shí)為了定值設(shè)定的安全可靠, 分定值預(yù)設(shè)和定值固化兩步進(jìn)行。
(5) 保護(hù)功能: 具有漏電閉鎖、過(guò)流（短路、過(guò)負(fù)荷等）、欠壓、過(guò)壓、接地、斷相保護(hù)功能，抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，速度快。
(6) 自診斷功能：當(dāng)系統(tǒng)中綜合保護(hù)器、分站、傳輸光纜等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警并記錄故障時(shí)間和故障設(shè)備，以供查詢及打印。如圖4所示。
(7) 系統(tǒng)具有以地點(diǎn)、名稱和設(shè)備編號(hào)為索引的存儲(chǔ)和查詢功能：饋電開(kāi)關(guān)分/合等開(kāi)關(guān)量變化時(shí)刻及狀態(tài)；設(shè)備故障/恢復(fù)正常工作時(shí)刻及狀態(tài)等；過(guò)流（短路、過(guò)負(fù)荷等）、過(guò)壓、斷相、接地、漏電、誤操作等保護(hù)/恢復(fù)時(shí)刻及狀態(tài)；
(8) 系統(tǒng)具有模擬量實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示功能。能在同一坐標(biāo)上用不同顏色顯示最大值、平均值、最小值等曲線。可設(shè)時(shí)間標(biāo)尺，并可顯示出對(duì)應(yīng)時(shí)間標(biāo)尺的模擬量值和時(shí)間等。系統(tǒng)應(yīng)能在同一時(shí)間坐標(biāo)上，同時(shí)顯示模擬量曲線和開(kāi)關(guān)狀態(tài)圖等。
(9) 系統(tǒng)具有軟件自監(jiān)視功能。
(10) 系統(tǒng)上位機(jī)具有實(shí)時(shí)顯示各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖形、曲線和表格等功能, 能夠完成歷史曲線打印、報(bào)表查詢、報(bào)表設(shè)計(jì)和圖形繪制等功能。
(11) 系統(tǒng)具有人機(jī)對(duì)話功能，以便于系統(tǒng)生成、參數(shù)修改、功能調(diào)用、控制命令輸入等。并具有操作權(quán)限管理功能。
(12) 系統(tǒng)具有雙機(jī)切換功能。系統(tǒng)主機(jī)雙機(jī)備份，并具有手動(dòng)切換功能。當(dāng)工作主機(jī)發(fā)生故障時(shí)，備份主機(jī)投入工作。
圖4 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)故障報(bào)警日志記錄
4 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)
4.1模擬量/累計(jì)量輸入傳輸處理誤差
模擬量/累計(jì)量輸入傳輸處理誤差不大于1.0%。
4.2系統(tǒng)巡檢周期與控制響應(yīng)時(shí)間
系統(tǒng)巡檢周期小于10s。遠(yuǎn)程控制響應(yīng)時(shí)間與異地控制響應(yīng)時(shí)間均小于系統(tǒng)巡檢周期，就地控制響應(yīng)時(shí)間不大于2s。
4.3最大傳輸距離
綜合保護(hù)器至分站之間的傳輸距離不小于2km；分站與交換機(jī)之間的傳輸距離不小于10km。
4.4最大監(jiān)控容量
系統(tǒng)理論可接入分站數(shù)量為：16臺(tái)。分站理論可接入的饋電開(kāi)關(guān)數(shù)量為：32臺(tái)。
4.5雙機(jī)切換時(shí)間
從工作主機(jī)故障到備用主機(jī)投入正常工作時(shí)間小于2min。
4.6傳輸性能
a)交換機(jī)與交換機(jī)之間及與分站之間通信：
傳輸方式：?jiǎn)文９饫w；
傳輸速率：10/100/1000Mbps自適應(yīng)；
光功率：（-25～0）dBm；
最大傳輸距離：10km。
b)分站與饋電開(kāi)關(guān)之間通信：
傳輸方式：RS485
傳輸速率：9600bps
信號(hào)傳輸電壓峰峰值：（1～5）V；
信號(hào)傳輸電流幅值：≤15mA；
最大傳輸距離：2km；
c)交換機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信：
傳輸方式：?jiǎn)文９饫w
傳輸速率：10/100/1000Mbps自適應(yīng)；
光功率：（-25～0）dBm；
最大傳輸距離：10km。
4.7誤碼率
誤碼率不大于10-8。誤碼率測(cè)試如圖5所示。
圖5 KJ626煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)誤碼率測(cè)試
5 系統(tǒng)應(yīng)用
塔山煤礦電網(wǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)自安裝運(yùn)行后,為指揮生產(chǎn)用電和節(jié)電工作提供了可靠的依據(jù),提高了塔山煤礦的用電管理水平,可靠的實(shí)現(xiàn)了遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)，進(jìn)一步推進(jìn)了煤礦供電管理向數(shù)字化，智能化的發(fā)展。
