KJ360电力监控在焦家寨煤矿供电系统的应用.pdf

总第1 3 5期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 0 1 2 0 2 0 K J 3 6 0电力监控在焦 家寨煤 矿供 电系统 的应 用 陈建军， 党正伟 ( 大同煤矿集团轩煤公司 焦家寨煤矿， 山西 原平0 3 4 1 1 5 ) 摘要 ： K J 3 6 0电力监控系统通过光纤通讯技术 、 计算机技术对煤矿供电实现实时监控， 为煤矿安全供电起 到了重要作用 ， 取得了良好的经济效益 ， 主要介绍了电力管理系统的组成、 特点 、 工作原理及应用情况。 关键词 ： 电力监控； 供电系统； 焦家寨煤矿 中图分 类号 ： T D 6 0 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 0) 1 2 0 0 3 9 0 4 1 矿井供电系统现状 轩煤公司焦家寨煤矿供电系统由公司热电厂馈 送至焦家寨矿 5趟供 电线路 ， 1号 、 2号线供 3 0 2主 扇风机 ， 3号 、 4号、 6号线馈送至地面广场配 电室 ， 其中 4号线作 为井下局扇高压专供线路 ， 井下有 1 个中央变电所和 5个采区变电所。在矿调度室建立 电力监控中心 ， 对地 面配 电室 、 两个 主扇风机 、 井下 变电所及各采区配电室进行监控 ， 可方便掌握供 电 系统运行状况。实现在地面对井下供电系统的运行 监视 、 控制 、 分析和管理 ； 实现供电数据共享 ， 进一步 提高井下中央变 电所开关保护动作 的可靠性和准确 性 ， 解决故障跳闸事故 录波 ， 便 于原 因分析 ， 提高供 电可靠性 ； 解决漏 电保护选择性 问题 ；实现井下供 电系统各支路的电度计量 ， 为煤 矿精 细管理提供数 据依据； 实现井下变电所遥测、 遥信、 遥控、 遥调和遥 视 ， 为矿井安全生产提供了保障。 2 电力监控调度系统 2 1系统构成 焦家寨矿电力监控 系统分为 四个层次 ： 设备层 ( 即综合保护层 ) 、 变 电层 ( 即变 电所 内的当地监控 和 自动化设备 3 6 OF矿用隔爆兼本 安型 电 力监控分站 ) 、 通讯平台层 ( 即变 电所与地面间 的公 共通讯平 台光纤以太网平台) 和地面监控层。 设备层主要完成数据采集 、 计算 、 保护和控制执 行 ， 并通过 R S 4 8 5总线接 入变 电所 的测控 分站 中。 测控分站一方面完成数据转发 ， 另一方面实 现变 电 所综合选漏、 录波存储 、 时钟同步和当地监控 ， 并通 过光纤以太网， 完成与监控主站 的通讯。通讯平 台 是由分站光端设备构成的光纤以太网。监控主站是 一 套供电系统专业版组态系统 ， 可按照供电系统的 规范 ， 对供电系统进行监测 、 控制 、 统计和分析。 在井下 中央变电所装设一 台 K J 3 6 0一F矿用隔 爆兼本安型 电力监控分站 。变 电所 的高压综合保护 用双绞线接人就 近的 K J 3 6 0一F测 控分站 ， 测 控分 站直接接入 光缆 ， 以以太 网与地 面监控主站通 讯。 整个系统 的系统构成如图 1 所示。 2 2 电网监测监控 系统的特点 1 ) 有灵 活的组网方式 ， 支持 以太 网方 式 ， 符 合 当前信息化建设的发展方 向。 2 ) 软件采用 C S B三层结构模 式 ， 可扩性 、 适应性强。 3 ) 采用 WI N D O WS X P操作系统 ， S Q L S E R V E R数据库 ， 方便操作和维护。 4 ) 采用电力 系统专用的组态软件 ， 更加适应 电力监控 的要求。 5 ) 系统具有地面调度设定保护定值的功能， 便于运行维护。 6 ) 系统具有分时 电度计量功能 ， 便于用 电管 理 收稿 日期 ： 2 0 1 0 -0 9 1 3 作者简介： 陈建军( 1 9 6 8一) ， 男 ， 山西原平人， 工程师， 从事机电技术工作。 3 9 陈建军等： K J 3 6 0电力监控在焦家寨煤矿供电系统的应用 第1 9卷第1 2期 7 ) 性能优越的失压保护 ， 能够 区分 电压波动 和母线失压 ， 并在全站停 电的情况下 ， 失压保护跳开 开关 ， 彻底避免以往 由于 电压闪动而造成 的井下大 面积停电的烦恼 。 8 ) 保护装置数字化， 保护动作精度高、 速度 快、 可靠性高， 彻底免除老式保护动作值飘移、 动作 灵敏度差造成的保护误动 。 9 ) 精确的事件顺序记录和故障录波功能 ， 有 助于迅速查找故障， 大大缩小变电所停电时间， 彻底 避免故障后试合开关造成 的多次顶跳上级开关的烦 恼 。 1 0 ) 全 网集 中式单相接地选线 功能 ， 克服 了 现有小电流接地选线装置不适用于开闭所 的弊端。 1 1 ) 实时记录 电压 电流变化 曲线 ， 对供 电质 量做到心中有数。 1 3 ) 有效地解决长期 以来困扰煤矿 的井下电 网大面积停电、 越级跳闸、 漏 电预警不管用等问题 ， 实现远程监测监控 。 2 3 光纤以太 网建设 K J 3 6 0一F矿用隔爆兼本安型电力监控分站内 置工业光纤以太环 网交换机， 它与地 面电力调度中 心的环网交换机一起 ， 来构建冗余光纤以太环网， 搭 建共享的高速综合业务数字通信平 台。环网交换机 分布在各个变电所 。 该平台可以做 以下业务 ： 作为电网监测监控 系统的通讯网络； 作为井下视频监视信号的传输 通道 ； 作为地面与井下 电话联络的网络 电话通讯 平台； 作为胶带监控等其他 自动化子系统 的通讯 平台等。 建立高速综合业务数字通信平台可以使光缆的 资源得到充分利用 ， 可 以避免 以往低速通讯 ( 如采 用光 M O D E M通讯) 造成的光缆资源的浪费； 利用四 芯纤芯构成双环 自愈的光纤 以太环网， 双环 自愈可 以保证任何一处断纤 ， 双环 自动切换 ， 双环的切换时 间为 3 0 0 m s ， 保证通讯的连续性。 2 4地面监控站构成 地面 电力调度 中心设备 由若干 台监控计算机 ， 不间断电源 ， 通道柜构成 。 地面 电力调度 中心配置一 台高性能计算机 ， 作 为数据服务器兼监控工作站 ， 对电网运行进行监控。 配置一台高性能计算机作为兼 We b服务器 ， 通 过 We b发布 ， 实现与集团公 司供 电数据共享 ， 使公 司主管部 门、 主管领导能够监视井 下电网的运行工 况 。 配置一台通讯服务器用于与各变电所的测控分 站通讯 ， 通讯服务器安装在通道柜上。配置一台视 40 频服务器用于井下变 电所的视频监视 。 地面监控站还配置一个通道柜 ， 用于安装工业 光纤以太网交换机、 机架式光纤终端盒、 网络交换机 等。地面监控主站配置 U P S电源， 为计算机系统提 供后备 电源 。供 电系统监2 贝 0 监控系统构成如图2所 示 。 图2 供电系统监测监控系统构成 2 5 监控站的适时监控功能 1 ) 实时测量与监视功能。测量 6 k V系统每 个回路的 U U U c 、 U o U U c 3 V o 、 I a 、 ， c 、 3 1 o 、 P、 Q、 c o s ( ) 、 绝缘 电阻、 有功 电量、 无功 电量 ； 监视开关 分合位置 、 保护信号情况 。 2 ) 告警 功能。开关 变位告 警、 保 护动 作告 警 、 电压电流越 限告警。 3 ) 事故推画面功能。当某 变 电所发生开关 跳闸、 保护动作等事件时， 将 自动调 出事故 回路所在 的画面 。 4 ) 事件记录存储检索功能。当开关变位、 保 护动作 、 发生预告信号 、 控制操作 、 修改定值时， 均生 成带时标 的事件记录 ， 存储在磁盘 中。 5 ) 定值管理功能 。可以对选定 的回路进行 定值查询、 设定与打印。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。 6 ) 电度计量功 能。可按时段统计存储各 回 路电度量的峰、 平 、 谷电量 ， 并形成报表予以打印。 7 ) 权 限管理功 能。有管理员级权 限和客户 权 限， 管理员可以分配每台工作站的权限， 以保证系 统操作 的安全性 。 8 ) 故 障录波分析与打印功能。当保 护动作 时 ， 可 自动启动录波功能 ， 也可 由调度下命令启动某 回路进行录波 ， 主站可再现电压 电流波形 ， 分析各个 时刻的幅值相位等 ， 也可打印出录波曲线。 9 ) 控制操作功能。控制操作有三种： 高低压 开关的分合 闸控制操作 、 保 护信号复归操作 和启动 录波操作 ； 开关分合操作分预分预合 ， 控制执行两步 操作 ， 以确保开关操作的安全性 。 陈建军等： K J 3 6 0电力监控在焦家寨煤矿供电系统的应用 第1 9卷第1 2期 1 0 ) 历史数 据存储 与检 索功能。对 电压 、 电 流 、 功率 、 功率 因数、 电度量等存储小 时值 、 日值 、 月 值 ， 存储 的时间长短只受磁盘容量的限制 。 1 1 ) 曲线存储与检索功能。可存储 电压 电流 功率等的 日曲线月曲线 ， 存储 的时间长短只受磁盘 容量的限制。 1 2 ) 图形画面组态功能。有强大的 电力组态 工具 ， 可制作变电运行所需的各类 图形 、 曲线。 1 3 ) 设备档案 的管理。可在画面 上， 点击 开 关可调出开关的档案资料 ， 实现开关及相关设 备的 台账管理 。 1 4 ) 规约转换和数据转 发。可实现多种通讯 规约的转换 ， 并 向调度转发数据。提供 O P C S e r v e r 接 口， 配合集中控制平台进行集成 。 1 5 ) 对井下监控分站软件进行远程升级。 1 6 ) 自诊断功能 。系统能及 时发现分 站、 高 开综合保护器故 障， 并予以报警。 2 6井下测控分站的构成及功能 井下测控分站主要由高性能工业嵌入式通讯服 务器、 后备工作电源、 光纤接续盒 、 工业光纤 以太 网 交换机等组成。主要完成保护装置与地面监控系统 间的数据交换 ， 实现辖 区当地监控 ， 与综合保 护一 起 ， 实现单相接地 选线功 能。支持多 规约、 多波特 率 、 多通讯方式。软件 内核部分采用嵌入式实时多 任务操作系统 ， 通讯及监控 软件采用外挂式软件模 块 ， 可方便地进行功能扩充 。 其主要功能有 ： 1 ) 完成保 护装置与地 面调度 监控系统 间的 数据交换。能接收并贮存 地面调度 中心 的命令 ； 根 据地面监控主站的命令 ， 采集高开综合保 护器 的遥 测量 、 遥信量、 事件顺序记录、 录波数据等 ， 并向中心 站传输 ； 具有按地面调度 中心 的命令控制 高保开关 的合闸、 分闸功能。 2 ) 具有 当地 集 中监控功能 。具有开关状 态 监视功能 ； 具有电流电压等的实时显示功能 ； 具有带 时标 的事件记 录显示功能。 3 ) 网络综合选漏 功能。与 Z B T一1 1综合保 护配合 ， 实现辖区变 电所单相接地选线功能 ， 以适应 高阻接地和有消弧线圈的情况 ， 接地后 ， 以事件记录 和信号的形式表示出接地的线路和接地相。 4 ) 具 有时钟 同步功能。实现与上级 调度主 站和下级 综 合保 护 器 的时 钟 同步 功能 。主站 每 3 0 mi n 与分站对时一次 ， 分站每 1 5 m i n与综合保护 对时一次 ， 确保时钟一致 ； 分站实时监测综合保护的 投入运行情况 ， 一旦有新安装的保护开机运行 ， 分站 就会主动与保护对时。 5 ) 规约转换功能。外挂式规约扩充模块 ， 可 以方便地接入第三方智能设备 。 6 ) 远程维护功能。可以远程监视通讯状态 ， 远程进行软件升级 ， 远程进行数据维护 ， 远程下载录 波数据 ； 用 T e l n e t 和 f f p可登录到分站 的通讯服务器 上 ， 进行应用程序升级、 录波文件下载等。 7 ) 失 电数据保持功能 。在系统掉 电 的情况 下 ， 保证系统的各种信息存储及传输。 8 ) 各保 护器通讯状态监 视。当保 护器通讯 中断时 ， 产生保护通讯中断的事件记录， 除 自己显示 外 ， 还要送到地面调度监控 中心。 9 ) 实 时监 视各种控制操作 。来 自主站 的定 值修改命令 ， 在固化命令下发到综合保护 ， 且综合保 护已固化成功后 ， 分站将产生一命令修改定值 的事 件记录 ； 来 自主站 的开关控制命令 ， 在综合保护执行 后 ， 分站也将产生一命令遥控开关的事件记录。 1 0 ) 录波文件存储功能。当综合保护有录波 数据时 ， 分站将 录波数据从保护器要来 ， 且生成三个 录波文件 h d r ， c f g ， d a t ， 并存储在分站 中， 分 站能 够存储 3 2次的录波文件 ， 当多于 3 2次时 ， 最早 的录 波文件将被删除。 1 1 ) 内置基于 i p的视频编码器 。可直接接人 防爆摄像头的模拟信号 ， 并进行模数转换 ， 对数据进 行压缩 ， 并 以 t c p i p协议 ， 将压缩 的图像数据送到地 面 。 1 2 ) 提供 O P C S E R V E R接 口， 与全矿井集控 平台进行无缝连接。 2 7变电所视频监视 在供 电系统 电气运行实现远程监控 的基础上实 现变 电所视频监视 ， 可及时全面了解 和掌握变 电所 的情况 ， 实现变电所的无人值班 。其主要功能为 ： 1 ) 视 频 图像 的 网络 传 输。视频 图像 采 用 H 2 6 4 或 ME P G 4编码方式 ， 在井下测控分站 内进行 视频压缩 ， 并经 以太网传输到电调中心 ， 电调 中心解 码 显示 。 2 ) 视 频显示。视频 图像 可在计算 机上进行 实时图像显示 ， 一屏可显示 1 、 2 、 4 、 6 、 9 、 1 6画面等。 3 ) 图像切换 。来 自变 电所 的视频 图像可直 接由接人 以太 网的硬件解码器进行解码 ， 并接人投 影墙上的监视器上 ， 各监视器监视 的图像可 由计算 机 自由切换显示 ， 无须视频切换矩阵。 4 ) 视频存储 和 回放。视频 图像可选择计划 定时存储 ， 图像物体移动存储和事件存储 ， 存储后可 调阅回放。 3 系统可靠性及应用效果 3 6 0煤矿井下 电网综合 自动化监测系统采用 41 陈建军等： K J 3 6 0电力监控在焦家寨煤矿供电系统的应用 第1 9卷第1 2期 先进的软 、 硬件技术 ， 操作简便 、 性能可靠 、 保护功能 齐全。该系统中的保护器可以替代各种模拟保护器 实现老型开关的改造 、 更新 ， 并以电网监控 中心的工 业计算机可以方便地对煤矿的用电负荷进行分级管 理使供电更趋于合理。自2 0 0 9 年 1 月份投运以来， 传输的数据准确， 系统运行稳定， 为指挥生产用电和 节电工作提供了可靠的依据 ， 大大提高 了全矿的用 电管理水平， 达到了有效地节约电量、 降低劳动强 度、 降低电网事故率 和缩短事故处理 时间的 目的。 不仅保障了供电系统安全可靠运行 ， 确保 了煤矿安 全生产和经济指标的完成 ， 还为煤矿节约了资金 ， 取 得了良好 的经济效益和社会效益 ， 值得应用和推广。 参考文献 ： 1 赵慧艳， 赵国平， 原红飞， 等 漳村煤矿矿井电力调度 系统应用 J 煤， 2 0 0 8 ， 1 7 ( 1 0 ) ： 4 4 4 6 2 王国臣 矿井安全综合视频监控系统的发展 J 煤炭 技术 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 6 5 6 7 3 刘希军， 席波 煤矿井下电网综合 自动化监测系统 的应用 J 煤炭科学技术， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 8 0 9 2 ( 上接第2 4页) 安全可靠。 根据近年来 的实践 ， 由于斜巷作业期间， 巷道 内 禁止行人 ， 人工操作式跑车防护装置在生产时间和 生产环境上都不允许 ， 所以倾斜井巷 内设置的跑车 防护装置 ， 应采用受速度控制 的挡车装置较为合理 有效。此类受速度控制的挡车装置分上方布置和下 方布置两种方式 ， 上方布置时动作机构布置在巷道 上方 ， 采用摆杆碰撞式挡车装置 ， 利用下跑车辆的上 沿对摆杆 冲击力操纵挡车装置脱钩结构动作 ， 放下 挡车装置 的车挡挡住下跑车辆。下方布置时挡 车装 置布置在线路 中心 ， 采用车轴碰撞式挡车装置， 利用 下跑车辆 的前车轴碰撞挡车装置撞杆 ， 使挡车装置 抓捕机构动作 ， 抓住下跑车辆的后车轴而抓捕住下 跑车辆 。倾斜井巷内跑车防护装置的设置数量与斜 井倾角和坡度有关 ， 既要符合倾斜井巷的安全要求 ， 但也不是越多越好。 斜井双轨提升时巷道下部道岔上部要设置防错 码信号装置， 以便在发生错码时， 及时给绞车司机发 出错码报警信号 ， 确保斜井提升安 全。在下部 平车 场距起坡点大于一列 车长度处 ， 必须安设牢 固的挡 车栏 ， 挡车栏要有足够的强度 ， 以抗击倾角大和坡度 长的线路发生跑车时产生的冲击力 ， 防止车辆失控 后 ， 窜入下部车场摘挂钩地点 。此处安设 的挡车栏 ， 既可为水平开启式 ， 也可是安设垂直转轴式挡车栏 ， 它是人工开关的一种阻车器 ， 车辆 每次通过都需开 关一次。 在上、 下部平车场人 口和巷道 中间出 口处均应 安设声光报警器和声光 电笛 ， 要力求声光报警器与 绞车通过电气连接和联动 ， 应在绞车开动期 间持续 或间断地发 出报警语言。 4 2 责任编辑 ： 魏晋英 3 安全设施的设置要求 防跑车装置 、 跑车防护装置、 阻车器等斜井安全 设施 的设置必须遵循以下 5点要求 ： 1 ) 必须是监视灵敏 ， 操纵准确 ， 挡车可靠。 2 ) 在主提升井的上坡 口， 装置应是“ 常闭式 ” 的， 仅在矿车正常通过时 ， 方可打开 ， 待矿车通过后 ， 随即关 闭。在上坡 口装设有 “ 常 闭式 ” 装置 的情况 下 ， 井筒中部和下部 ， 允许设置“ 常开式” 的装置。 3 ) 挡车装置的设置 ， 不得影响正常提升和加 剧钢丝绳的磨损 ， 要考虑人车、 大型设备及长材料通 过 的可靠性 。 4 ) 挡车装置 ( 包括操纵 机构和车挡) 应尽量 避免设置于轨道下方 ( 即安装高度低于轨面) ， 更不 得被浮煤 、 矸和水的淤积物堵塞， 影响其动作的灵敏 和可靠性 。 5 ) 应易于复位 ， 提高车挡 的复用率 和减少对 矿车的破坏。装置的复位和检修 ， 应尽量避免影响 正常提升 。 4 结语 倾斜井巷安全设施 的合 理设置 ， 是保证倾斜井 巷安全运输的重要举措 ， 其设置数量和形式 ， 可体现 管理者 的责任心和责任感 。挡车装置的选型必须从 各矿 自己的实际情况 出发 ， 在普及与提高相结合 的 原则下 ， 考虑 自身的管理水平 、 制造 、 维护和修理能 力 。 责任编辑 ： 魏晋英】