城郊矿电力方案.doc

城郊煤矿电力监控系统技术方案

城郊煤矿电力监控系统

技
术
方
案

天地科技股份有限公司
煤炭科学研究总院

2010年3月
一、概述
城郊煤矿为提高煤矿信息化、自动化管理水平，减少供电管理部门电力故障处理工作量，缩短电力故障引起的停电时间，实行井下变电所无人值守或少人值守，需要对井下北翼4#变电所进行电力监控改造，装备一套KJ36A煤矿电力监控系统，并预留接口将电力监控系统接入矿方以后建设的全矿井综合自动化系统，实现信息共享，同时在供电工区或调度中心设置电力调度中心，配置监控计算机，进行对所接入变电所的电力系统管理和调度等。
KJ36A煤矿电力监控系统具有供电状态监测、电力参数监测、区队用电考核管理、远程综保参数整定、故障报警、故障录波（事故定位分析）、故障记录、变电所视频远程监视、遥控分闸、遥控合闸、故障复归等功能。
目前城郊煤矿北翼4#变电所开关情况为12台BGP9L-6 高爆开关，均配有智能综合护器，12台KBZ系列低压馈电开关均配有智能综合保护器，2台ZXB照明开关没有通信接口，暂时不纳入监控，如需纳入监控系统需更换两台带通讯功能的照明开关。
二、KJ36A煤矿电力监控系统遵守的技术标准
《煤矿安全规程》（2009年版）；
《煤矿安全装备基本要求》；
《煤矿监控系统总体设计规范》；
《煤矿监控系统中心站软件开发规范》；
《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》（GB3836.4）；
《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》（GB3836.1）；
《煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件》（MT 209）；
《设备可靠性试验》（GB 5080.1～7）；
《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》（GB4859-84）；
《监测监控质量标准化实施标准》
三、KJ36A电力监控系统设计原则
1 先进性
充分利用计算机网络技术和先进的通信、控制方式，建立一套技术先进、功能完整、管理简便的煤矿井下电力监控系统。该系统具有多种通讯接口，充分考虑系统的扩展和兼容。
2 实用性
满足用户的业务需求，具有监控信息收集、处理、查询、统计、分析等功能，实现煤矿供电系统的远程监控和井下变电所的无人值守。系统既可以独立运行也可以采用OPC方式与全矿井自动化监控系统连接。
3 可靠性
在硬件设计、选型，软件环境和应用系统的建设中充分体现系统在特殊环境下使用的可靠性。
4 经济性
在考虑供货商的资信度和维修服务能力的基础上，设备的选型与配置遵循性能价格比最优的原则。
5 扩展性
预留硬软接口资源，便于电力系统扩展，以后增加变电所监控时，只需增加相应的硬件设备，系统软件设置一下即可。

四、KJ36A煤矿电力监控系统的功能特点
（一）、系统实现的主要功能
1、实时供电状态、环境监视功能
（1）地面主机实时显示并监测开关设备的运行情况，在一个界面上按矿方的供电系统图（或矿方要求）同时显示各个变电所的每一台开关的运行情况，用户通过操作可以直观的观察到设备的实时电压、工作电流及开关分合闸状态等电力参数。
（2）可对各个变电所的开关进行实时数据分析，用动态直方图表示各开关的电压变化、电流变化情况。
（3）通过监控主站连接KBA4B型摄像仪，实现对各个变电所的视频监控，并可将视频信息在服务器上录像，以供随时回放(网络摄像头)。
2、预警报警功能
（1）能动态的显示越限、故障报警，工作人员可随时掌握电网运行状态，发生越限、故障时，系统能发出声音报警，同时在报警信息窗口显示其报警类型、报警状态、报警时间等，并可通过选配组件实现语音报警；
（2）事故推画面功能，发生开关跳闸或保护动作等事件时，系统能自动调出事故回路所在画面。
(3)监控系统能够独立于综保设定故障报警参数、记录故障波形，能够快速巡检各开关及分站运行参数（小于1秒），同时能够发送系统或开关的报警短信。
3、远程控制功能
（1）地面监控中心站通过监控网络对井上、井下变电所和设备的远程控制操作（含分合闸、实验、复位、调整整定等），实现井上、井下设备和供电系统无人值守，集中控制；
(2）获得授权的人员可通过监控网络对供电系统的配电装置实现远程停送电等操作。并可在不同地点的控制中心实现控制和显示功能。
（3）监控系统具有加密功能，要求可靠性能高，能够鉴别内外网功能，能够屏蔽恶意操作。
（4）能够根据设定自动计算各单位用电情况,并生产或导出各类报表以便于分析考核。
4、查询功能
（1）故障报警记录查询：可分时段对监控设备进行故障记录查询，用表格形式列出需查询时间段的所有报警记录，包括报警设备、报警参数、报警时间、报警类型、报警内容及值班员等；
（2）可对各个监控开关的历史数据按时段进行查询，用曲线表示，如电压曲线、电流曲线、负荷曲线等；
（3）Web功能：系统可选配WEB发布组件，用户可以在任何能连接上Internet网络的地方通过IP地址就可以查询到电力监控系统的实时情况，方便管理人员及时了解井下供电系统运行情况。
5、管理功能
（1）系统管理功能：提供修改密码、修改用户权限、登陆系统及锁定系统菜单，管理者通过该功能设置用户使用权限，实现安全管理；
（2）提供开放的数据接口，可以根据用户要求提供KJ36A煤矿电力监控系统数据库或者WEB模式的数据接口；
（3）数据库管理：采用实时数据库技术，满足系统数据的实时读取与访问。
（二）、系统软件主要功能
系统软件具有单机和主备双机运行两种版本。本次方案选用单机版，以后可以扩展为双机热备版。
运行系统软件的工控机接收井下电力监控站上传的电力线路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、用电量等电力线路运行的实时数据和开关运行状态信号；对开关分、合闸状态和开关运行中分、合闸操作、过流、断路、过压、欠压、漏电等保护跳闸的事件进行纪录。并通过组态软件对这些数据进行统计、归类、存贮、处理，形成电力系统运行的动画模拟图；实时数据、历史数据、运行事件、设备整定值数据表；历史趋势曲线、直方图、操作记录和用电量日报表、月报表等。
在系统主机上进行操作，通过网络下达指令，可以修改井下通讯分站运行程序、保护器定值整定；可以对开关进行分、合闸操作和故障跳闸后信号复归操作等，实现对整个电力系统的监控。
系统可以接入矿上的局域网或因特网，具有使用权限的用户可以通过网络浏览系统的运行界面，查询数据和进行各种操作。
1、系统生成及实时修改功能
（1）能对系统所测控设备的名称、安装地点进行定义。
（2）完成系统中所接监控通讯分站的定义。
（3）完成系统中所接综合保护器名称、安装地点、单位、测点性质等参数的定义。
（4）完成系统中图形画面的定义。
（5）完成系统中监测数据报表的生成。
2．数据采集功能
（1）主机实时采集各电力监控站传送来的数据，并进行实时处理。实时数据包括：电力系统每个回路的电压、电流、零序电压、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数、绝缘电阻、用电量等参数；
（2）电力监控站对所接综合保护器进行实时巡检，并及时地把采集到的数据传送到监控主机；巡检周期不大于3秒。（能否小于1秒）
3．监测控制功能
（1）对高压配电装置终端保护器远程分、合闸操作。
（2）对高压配电装置终端保护器电力参数实时监测。
（3）对高压配电装置终端保护器额定参数远程、就地设定。
（4）对高压配电装置终端保护器运行状态、故障状态实时监视。
4．图形显示及显示方式
（1）各被测量的瞬时值和历史记录显示。
（2）监控站巡检及传输系统故障状态显示。
（3）主要被测参数的实时、历史负荷曲线、电压曲线、电压棒图、负荷棒图显示。
（4）模拟图形显示。
（5）数据报表显示。
（6）实时时钟显示。
（7）测控设备的通、断电状态显示。
（8）系统通过远程数据通讯在电力调度中心实时显示井下被测参数的变化。
（9）列表显示模拟量参数、地点、单位、测量值。
（10）各种模拟量实时曲线和历史曲线显示，在同一屏上可显示三个测点模拟量曲线，并设有时间标尺。
5．异常处理记录
综合保护器故障时音响报警；并在事件记录中记录故障值。主要有开关变位告警、保护动作告警、电压电流越限告警、模拟量越限告警等。
6．报表及曲线打印、显示
（1）日报表自动打印。
（2）故障统计打印。
（3）主要设备运行时间打印。
（4）主要参数曲线和报表打印。
（5）随即召唤打印。
7．信息存贮与调用
（1）实时数据存储与调用；
（2）历史数据存储与调用。系统所接综合保护器监测数据每15秒存盘一次，以最大值、平均值和最小值形成历史曲线，曲线可以放大或缩小。所有数据可以存储一年。
（3）用户指定的暂存数据；
（4）系统生成数据。
8．系统软件自监视功能
系统能正确监视软件中各任务运行状态。
9．系统软件具有容错功能
当出现键盘操作错误，盘片读写错误或打印机没连机等故障时，有故障提示，不影响整个系统软件的运行。
10．人机对话功能
系统用菜单式人机对话方式完成各种功能的操作（各类操作均有详细记录，以便分析查询）。
11．实时多任务功能
系统具有实时多任务功能。
12．具有网络接口功能
系统具备接入远程终端和图形工作站的能力,具备向上一级网络传送数据的能力。

四、KJ36A煤矿电力监控系统主要技术参数
1 系统容量： 128个监控站
2 监控站容量： 32个回路
3 监控站和监控单元通信：
传输方式： 本安RS485（兼容CAN总线）
传输速率： 1200～9600bps（485总线）
4 监控站和主机通信：
传输方式：工业以太网
传输速率： 100（或1000）Mbps
5 系统巡检 ≤10S （1秒）
画面刷新 ≤2S
遥控周期 ≤1S

五、城郊煤矿电力监控系统覆盖的范围及建设内容
1．覆盖范围
（1）北翼4#变电所，高爆开关共计12台。
（2）北翼4#变电所，低馈开关共计12台。
（3）北翼4#变电所，照明开关共计2台。（无通信功能）
2．电力监控系统建设内容
本次进行以下几个方面的建设：
（1）摄像仪安装：井下北翼4#变电所安装两台本安IP摄像仪，实现对变电所实时图像的监测，摄像仪信号直接接入电力监控站，由电力监控站实现视频信号上传。
（2）电力调度中心的建立：在机电区建立电力监控操作后台，对井下北翼4#变电所的高低压开关进行遥测、遥控、遥信、遥调、遥视等。
（3）井下变电所监控：在井下北翼4#变电所设置1台KJF99电力监控站，将具备接入条件的高低压开关接入。（能够适应高压开关、低压开关、照明综保等不同开关、不同通信方式、不同通信协议的接入能力）

六、电力监控系统总体结构与功能
KJ36A煤矿电力监控系统由监控计算机、变电所监控站、综合保护单元等组成，采用三层结构，第一层为监控计算机，第二层为电力监控站，第三层为智能隔爆开关。
系统采用工业平台环网加现场总线的结构模式。在监控地点安装通讯管理机或者电力监控站，对下采集保护数据，对上与工业平台环网采用连接，借用工业平台以太环网，将数据传输给电力监控后台。现场总线方式采集变电所开关设备的运行参数和状态，实现就地集中数据监测和远传的功能。
系统后台将来可以用OPC方式将数据传输到全矿井综合自动化平台，实现数据共享和网络发布；将来也可以配置服务器，安装WEB软件，进行网内WEB浏览。
注：开关综保与监控站之间的通信连接，需矿方出面联系综合保护厂家，让其提供通信协议，并配合进行联合调试。

七、系统设备配置
1．电力调度中心配置
电力调度中心配置1台电力监控计算机。实现电力监控和视频管理。后续可以扩展为一主一备两台计算机。
2． 北翼4#变电所设备配置
北翼4#变电所设置KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站，每台监控站最多可接32台开关设备。高爆开关的综保通信信号，经安全隔离器接入电力监控站的485接口（能够接入CAN接口）。
KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站具有红外人机对话接口，完成数据或图形显示、设备配置及就地集中控制功能，并通过主传输线路将井下数据上传到地面电力监控系统主机，根据系统主机下达的控制命令完成电力监控系统的远程操作。
设备连接如图2所示。

图2 北翼4#变电所设备连接图
七、主要设备功能
1、KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站
KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站集计算机技术、视頻技术、网络技术于一体，以井下变电所无人职守为目标，而设计的隔爆兼本安型电力监控站，适用于井下有瓦斯、煤尘爆炸性危险的场所应用。
电力监控站以嵌入式工控机为核心部件，基于WINCE操作系统，有超强的数据采集处理和丰富的图形操作，具有极高的可靠性和稳定性。
主站具有多种接口方式，以太网光口、以太网本安电口、本安RS485接口、本安CAN接口，使得联网和设备接入更加灵活方便。
电力监控站作为井下电力监测监控系统中的数据交换、设备控制和数据显示等过程的关键设备，具有数据处理、远程控制、图像显示及网络远程通讯等功能，是井下电力监测监控系统中的重要设备。
主要技术指标：
（1）供电电源 AC127/220/660 V，功耗≤300W
　　（2）通信接口 4个RS485口,2个CAN口,1个LAN口，1个光以太网接口
　　　　 ①　RS485口 可与监测单元通信
　　　　　　 传输速率1200\2400\4800\9600 bps
　　　　　　 传输距离不小于10km（1200bps）
　　　　 ②　LAN口 用于与地面计算机通信
　　　　 ③　CAN口 用于与监测模块通信
④ 光以太网接口（可选）
　　（3）显示屏 ①　10.4′TFT，真彩
　　 ②　画面实时调用响应时间 ≤3s
（4）监测容量 不小于32路监测单元
（5）操作方式 红外遥控操作
2、KJA9安全隔离器
KJA9型安全隔离器采用光电隔离技术，实现监控设备非安RS485信号输出转为远距离传输本安RS485信号，可用于井下工业环境。
（1） 工作电源 本安直流12～18V，最大工作电流：≤60mA；
（2） 非安侧 RS485信号两芯传输(A,B )
传输速率 1200bps\2400bps\4800bps\9600bps；
传输距离 1km；
（3） 本安侧 RS485信号两芯传输(A,B)
传输速率 1200bps\2400bps\4800bps\9600bps；
传输距离 ≥10Km（1200bps时）。
3、KLH11矿用本安接线盒
KLH111矿用本安接线盒可用于煤矿井下有爆炸性气体环境，作为控制系统 、通信系统电缆分线及汇接。
（1）防爆型式：矿用本质安全型,标志 dibI。
（2）工作电压： U≤60V， 额定电流: I≤3A。
4、KDW16A隔爆兼本质安全型不间断电源箱
KDW16隔爆兼本质安全型不间断电源箱是直流稳压电源，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境中向矿用本质安全型设备供电。它还提供供电状态输出信号，供监测系统监视电源的供电情况。
1） 输入 AC127V、220V、380V或660V（频率50Hz，电压变化范围80%～115%。）
2） 输出 单路直流本质安全型稳压电源，（18±8%、24±5%、15±5%VDC）。
3） 备用电源功能 交流停电时，输出额定电流条件下，电池供电≥4小时。
4）保护方式 截止式双重化过压、过流保护。
5）分站能够接入1140V、660V、127V电源，对电网谐波、电压波动等干扰有很强适应能力。
5、KBA4B矿用本安摄像仪
KBA4B矿用本质安全型网络摄像仪适用于具有爆炸性气体和煤尘的煤矿井下。该摄像仪内置红外LED发光照明，采用黑白CCD固体器件成像，环境照度要求很低。视频信号采用H.264压缩技术压缩并转换成以太网信号，对外提供一路以太网电缆口、一路以太网光纤口，且具有光、电以太网交换功能，可以利用其接口进行级联，节省光缆和监控站以太网口，是矿用电力监控系统可选设备之一。
1） 防爆型式：矿用本质安全型，防爆标志为Exib I
2） 摄像机：黑白低照度CCD摄像机（PAL制式）
3） 清晰度： 350TV线(环境照度为50Lx～300Lx）
4） 灰 度： 7级(环境照度为50Lx～300Lx）
5） 红外灯照射距离： 6 m
6） 图像最大分辨率： Full D1 (704×576)
7） 通信接口： 1路以太网口电缆口，1路以太网口光纤口
8） 供电： 本安DC15V～19V，工作电流≤650mA
9）外形尺寸(l×b×h)mm： 115×86×263.8
10）重 量： 约3kg
6．KDW26矿用浇封兼本质安全型直流稳压电源
KDW26矿用浇封兼本质安全型直流稳压电源适用于煤矿井下有瓦斯等爆炸气体混合物的场所，给矿用本安摄像仪供电。该电源采用浇封型结构和宽范围输入AC-DC模块，具有体积小、重量轻、输入电压变化范围大、使用中无需断电即可开盖接线等特点。
1） 防爆型式：矿用浇封兼本质安全型，标志为“Exm[ib]Ⅰ”；
2）输 入：AC127V，频率50 Hz，允许电压变化范围75%～120%；
3） 输 出：一组DC 18 V、0.9A；
4）外形尺寸（长×宽×高）：272mm×92mm×54mm；
5） 重 量：4kg。
八、设备清单
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
1
电力监控计算机
酷睿双核2.5G/2G/500G/256MPCI-E独显/22”LCD
台
1
2
计算机操作系统
Windows XP
套
1
3
杀毒软件
诺顿（双机）
套
1
4
天地自动化煤矿电力监控系统软件V1.0
KJ36A-SCADA电力监控系统平台(单机版，含视频管理软件)
套
1
5
电力通信柜
CJJ04
台
1
6
地面UPS
2KVA/1H
套
1
7
音箱
漫步者
套
1
8
电源插板
公牛
个
1
9
数据交换机
H3C 3100-8TP-SI（100M电口x8+1000M电口x1+1000M LC光口x1；千兆接口为COMBO端口）
台
1
10
矿用阻燃单模4芯光缆
MGTS-4B
千米
4
11
网线、工具及附件
水晶头、压线钳
套
1
12
工具
世达组合套装
套
1
13
光纤附件
接线盒、跳线等
套
1
1
隔爆兼本安型电力监控站(含天地自动化煤矿电力监控站嵌入式软件V1.0）
KJF99－P2 环网型
套
1
2
本安不间断电源
KDW16A
台
1
3
安全隔离器
KJA9
台
4
4
本安接线盒
KLH11－620
只
8
5
通信连接电缆
MHYVP 1*4（7/0.37）
千米
0.4
6
电源电缆
MVV-3*1.5
千米
0.1
7
矿用本安摄像仪
KBA4B
台
2
8
本安电源
KDW26
台
2
9
矿用网线
MHYV4*2*0.75
千米
0.1
总价
90万元

14

天地科技股份有限公司