煤矿智能供电综合管控系统的设计和实践.pdf

电力系统16丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment近年来，随着自动化设备在现代煤矿企业中的广泛应用，供电设备出现短路等故障保护装置自动分闸切断线路，井下变电设备有专人巡检开关及保护装置状态，随着开采点的深入，单纯人工巡检效率低不能及时排除故障，影响煤矿采区的工作效率。煤矿井下供电监控系统是矿井自动化系统，可以实时掌握井下供电情况，及时排除故障保证生产安全。目前井下供电监控系统设计中数据采集依赖供电设备信号输出接口，通信方式单一造成信号不稳定，限制通信网络性能的提高。设计具有可靠通信能力的煤矿智能供电综合管控系统具有重要意义。陕西德源府谷能源公司三道沟煤矿采购智能供电监控软硬件设备，实现矿井供电系统精确选线等功能 要求。1 煤矿智能供电管控系统设计需求智能供电综合管控系统设计要求遵循数据优化告警直传，强化基础注重实用，因地制宜多措并举的原则。加强基础自动化建设管理，调度主站具备通过远方终端等方式查看变电站系统运行数据的能力，根据电网模型分析汇总远程采集数据。结合煤矿供电系统实际，利用变电站自动化系统等技术资源实现调控一体化。利用变电站设备模型数据，将实时数据处理结果传送至调控中心；将设备监控所需三相分相告警信息传送至主站系统，实现实时数据画面全网共享。变电站监控信息经分类优化后接入调度控制系统，可通过远程图形终端浏览变电站内完整的图形和实时数据。系统基于地面电网成熟技术设计，实现控制监控网摘 要近年来供电引发的煤矿安全问题日益受到重视，随着煤矿生产机械化水平的不断提高，对井下供电安全提出了更高的要求。煤矿井下供电系统为立井提升、通风、排水等重要部位供电，供电网络结构复杂，潮湿的空气等不稳定情况的存在使得对供电系统实时监控更加复杂。国内多数煤矿井下供电系统采用的安全措施可以达到保护功能，但由于设备缺乏有效的信息交互，导致地面监控中心难以了解井下供电系统相关参数。如何实现供电环节智能化管控对保证煤矿安全生产意义重大。文章介绍了煤矿智能供电系统技术，阐述系统整体架构设计及变电站监测监控等功能，系统采用物联网云计算等技术，实现供电系统状态监测，远程维护与大数据分析。应用表明系统可对电气设备进行管理服务，实现矿井起步变电所无人值守作业。关键词煤矿生产；智能供电；综合管控系统设计中图分类号TM76 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06001603Design and Practice of Intelligent Power Supply Comprehensive Control System for Coal MinesWANG Ziyu，SUN HaiqiangAbstractIn recent years,coal mine safety issues caused by power supply have been increasingly valued,and the level of mechanization in coal mine production has been continuously improving,posing higher requirements for underground power supply safety.The underground power supply system in coal mines exists in important parts such as drainage,and the complex structure of the power supply network and the instability of humid air make real-time monitoring of the system more complex,Most underground power supply systems in domestic coal mines adopt safety measures to achieve protection functions,but due to the lack of effective information exchange among equipment,it is difficult for ground monitoring centers to understand the relevant parameters of the underground power supply system.How to achieve intelligent power supply links.Research and introduce the technology of coal mine intelligent power supply system,elaborate on the overall architecture design of the system and the functions of substation monitoring and monitoring.The system adopts technologies such as IoT cloud computing to achieve power supply system status monitoring,remote maintenance,and big data analysis.The application indicates that the system can provide management services for electrical equipment,.Keywordscoal mine production;intelligent power supply;design of comprehensive control system煤矿智能供电综合管控系统的设计和实践王子玉1，孙海强2（1.鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017000；2.北京国力电气科技有限公司，北京100071）电力系统2023.6 电力系统装备丨17Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment络系统。微机保护系统实时监控，预警与电网分析为一体，实现变电站的无人值守；将音视频监控数据通过通讯平台传输，关键部位采用双机热备模式，全面提高底层保护器的性能功能，掌握电网运行规律实现科学管理。有效利用资金建立高水平自动化控制网络系统，设备选型坚持性价比最优原则，实现子系统最大限度信息共享。系统包括地面监控站与高开综合保护器，通过光纤以太网完成与监控主站通讯。2 煤矿供电综合管控系统技术煤矿供电管控系统主要目的是有效降低无计划停电频率，煤矿供电管控系统需要不断改善结构优化功能。嵌入式系统开发使煤矿综合电子保护设备功能不断增强，煤矿变电所包括一次与二次系统部分，一次系统进行分配与电压转换工作，通过将变电所二次设备进行功能重组优化，利用电子计算机与网络通信技术实现变电所自动化控制。地面降压变电所实现自动化控制，可对下级设备的运行状态参数监控调度。电网实时监控对工矿企业生产具有重要作用，优良的供电监控系统可实现煤矿供电系统自动化，煤矿供电监控系统结构主要分为地面层与通讯平台层，地面监控层是煤矿供电监控系统的核心部分，由客户端服务器等设备构成，监测系统软件采用 C/S 和 B/S 结合的方法，组建分层信息结构。地面监控中心与分站间的通信多采用以太网，监控系统底层设备层位于变电所高低压配电柜，包括电量传感器等。供电监控系统实用性可靠性及可扩展性是衡量系统功能的重要依据，通过操作监控系统主机可实现信号的传送，可以对开关运行状态改变实现对煤矿供电系统的监控。工业控制网络面向生产过程是特殊的网络，通过传输生产信息完成工业现场物质运行转换，目前工业控制领域主要流行技术方案包括现场总线与工业以太网技术，现场总线技术使过程控制领域自动化装置向 FCS 过度，计算机网络技术发展带动工业控制系统技术水平的提高，工业以太网为煤矿监控技术发展带来新的机遇。煤矿工业以太网拓扑结构采用环形，控制中心机房通过高性能工业级核心交换机组成冗余，子系统与主干网连接为10/100 Mbps 自适应，使井下原有底层设备，现场总线等系统方便接入主干网络。系统信息中心采用双网卡信息发布服务器实现数据共享，有效隔离外部信息对工业以太网的干扰。煤矿工业以太网交换机是系统的核心设备，可适应井下高温潮湿的恶劣环境。结合实际选择工业交换机作为系统核心设备，具有管理诊断功能。3 智能监控综合管控系统架构功能设计陕西德源府谷能源公司三道沟煤矿位于府谷县庙沟门镇，矿井生产规模为900万 t/a，矿井下3个变电所实现五遥功能，装设门禁系统，未实现全矿井高低压漏电保护和精准选线，需要开展相关关键技术研究提升煤矿智能供电水平，提升供电安全高效运行发展模式。煤矿对地幔变配电室及井下变电所进行升级，对煤矿智能供电综合管控系统进行设计。系统将煤矿地面变配电室及井下变电所电力信息集成为统一电力监控系统，门禁管理系统实现智能供电一体化监控。如图1所示。实时监控与调度数据采集分析防越级跳闸故障诊断预警生产智能控制设备运维管理电力调度数据转发提供接口本地部署其它系统数据中台钉钉平台平台业务平台功能智能供电管控系统平台服务数据集成设备接入智能综合管控平台供电安全电子挂牌及两票智能设备计算服务流程服务规则服务储存服务指标服务智能运维系统联动变电站监测监控录波储存一键顺控智能巡检火灾报警智能传感器自动化系统数据集成、协议解析、边缘数据处理图1 智能供电综合管控系统架构煤矿井下供电系统由开关设备等电气设备组成，供电设备装有保护装置，保护装置自动分合闸断路器切断故障线路，单纯人员巡检浪费人力，故障排查困难影响煤矿采区工作效率。为保证煤矿生产安全需要现代化供电监控系统对井下供电系统运行状态实时监测，随着现代电力电子技术的发展，可设计处允许稳定可靠的供电监控系统，远程集中监测井下供电设备运行状态，调度人员允许时远程投切保护装置，根据上位机监测现场情况及时调整控制参数等，快速准确定位故障点及时排查。煤矿井下供电监控系统为供电系统安全运行提供可靠保障。井下监控单元包括信息采集电路、按钮电路等，显示电路包括显示界面及按钮电路，工作人员通过按钮电路经显示界面对监控单元操作控制。系统采用分布式光纤环网结构，包括过程层、间隔层与调控层。配电站变压器及控制器为过程层，变电所交换机及井下隔爆防越级信息交互交换机组成光纤通信网。以太网与交换机构成间隔层与调控层网络。通信管理机，变电站电力监控系统为子站层。智能供电综合管控系统功能包括智能防越级跳闸，变电站监控功能等。煤矿智能防越级跳闸分布式区域保护，保护检测到短路故障时迅速发出闭锁信号。上级保护可快速动作，区域保护适用于粉分支较多的配电网。分布式区域保护原理如图2所示。变配电所增加监控监测功能，变电所增加相关设备，可提供各单位设备任意时段用电情况。在各变配电所增加监控监测功能。变电所增加相关设备，可提供各单位设备任意时段用电情况。智能巡检机器人巡检方式依靠巡检点和指定路线进行，监控摄像头可对监测设备自动对焦。搭配拾音器进行声音采集，电力系统18丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment远方专家同步现场数据。后台软件功能包括国网标准化后台功能，集控 Web 和标准化 Web 服务端与后台软件交互，集控 Web 服务端使用默认操作系统展示集控多站的概览状况，可通过选择变电站进入 Web 服务端。监控系统利用后台软件实现对摄像头监控及巡检数据实时上传等管理。采用数据采集技术，供电管控平台提供故障分析依据。图3为故障诊断流程。继电保护云平台具有智能绘图及计算功能，可对设备、变压器进行自动设置计算，可通过绘图工具箱图块自动生成供电系统 图，供电系统图自动计算开关编号，生成各条电缆编号型号等。事故追忆重演录波分析故障定位故障诊断SOE事件装置发送带时标的故障信息，提供故障发生过程分析依据以供电系统网络拓扑为基础，故障发生时判断故障所发生的子系统进行定位发生事故后，记录事故前后遥信，平台可重演事故前后状态设备程序升级，装置录波文件自动上传，平台打开图3 故障诊断流程4 煤矿供电智能综合管控系统实践应用煤矿井下供电网络具有结构复杂，设备移动频繁等诸多问题，对煤矿供电网络运行产生很大影响，透水等事故对电气设备绝缘强度等造成损害，对煤矿企业安全可靠供电带来很大考验。煤矿供电管理部门通过改进供配电装置，完善自动化监控平台等措施保证煤矿供电安全可靠性，随着技术的发展，信息传递滞后等因素造成煤矿事故发生率不断提高。大多数煤矿供电系统中地面监控通过微机保护实现，如何实现电网供电网络信息交互是煤矿井下供电系统的研究趋势。新建矿井大多拥有完善的电力监控系统，要求煤矿井下供电满足安全可靠性技术指标。传统矿井下供配电监控系统由控制室单项自动装置组成，发生设备绝缘击穿造成停电，不能及时处理会造成更大安全威胁。随着自动化程度的提高，煤矿企业可利用网络收集监测电气参数，目前煤矿井下供电监测数据化可视化功能实现多采用工业以太网的网络控制结构，系统具有分层分布特点，使用可以降低成本减少安装运维的工作量；通过快速准确信息收集进行自检。智能供电系统运行可将变电站分为2个去调度统一调控，需配1人运维调控，人均工资按9 000元/月计算，运维成本为225万元/a。传统运维模式下每天3班，需配15人抢修机电，人均工资按8 000元/月计算运维成本为685万元/a。调控运维模式可减少人员44人，节约成本430万元。智能供电综合管控可降低运维成本，系统具有多角度监控智能运维模式，实现精细化管理科配置制定中长期能源发展规划。5 结束语现代煤矿生产需要电气设备的支持，供电系统维系井下运输排水等安全生产活动运转。开发应用软件可实现实时监测数据分析与综合管理目的。系统可以将运行状况反馈给监控人员实现全面监控。供电综合管控系统搭建实现矿井变电站无人值守目标，系统应用减少判断故障发生时间，集中电力调度能力，独立单元具有闭锁功能，增加对能源消耗方面的数据分析手段。目前工矿企业中多数可大体量数据下数据管理，通过友好人机界面呈现实现系统远程控制。随着科技的不断发展，电力智能化分析计算将不断开发完善。参考文献1 张铝镓.曹家滩煤矿智能供电综合管控系统的设计与应用J.中国煤炭，2022，48（11）：67-72.2 王星，武讲，张阳，等.智能露天煤矿信息综合管控平台设计及关键技术研究 J.煤炭工程，2022，54（3）：33-39.3 侯刚，薛忠新，马英，等.一种煤矿智慧园区空地协同安防方法：CN112651521AP.2021-04-13.4 郝计娥.煤矿井下供电系统设计与实现J.当代化工研究，2020（2）：65-66.5 孟冯磊.矿井地面供电自动化控制系统设计初探 J.世界有色金属，2019（2）：15-16.6 吴波.基于 JavaEE 技术的煤矿安全监测联网综合管理系统的设计与实现 D.西安：西安电子科技大学，2018.7 曾苛.煤矿地面供电综合自动化系统设计初探 J.电子世界，2018（6）：35-36.8 高士岗，高登彦，欧阳一博，等.煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术 J.煤炭科学技术，2020，48（7）：150-160.下级线路区域保护信号说明：Tset为短路保护时限区域保护投入短路保护投入短路保护动作120ms00&0IIsetTsetTareaTarea为解除封锁延时时间Iset为电流整定值I为实时电流采样值图2 分布式区域保护原理