新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造分析

張高青，徐明輝

(永貴能源開發(fā)有限責任公司新田煤礦，貴州 黔西 551514)

0 引言

隨著自動化、信息化及智能化傳感器技術(shù)的不斷成熟和推廣應用，礦井供配電系統(tǒng)在有條件的地點和系統(tǒng)進行集中自動化控制已成為現(xiàn)實。自動化控制技術(shù)的推廣應用，已成為礦井減少輔助崗位用工、提高人力工效、增強管理水平的有效途徑之一。因此，對新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造進行分析有著重要的意義。

1 工程概況

新田煤礦總設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬t/a，目前沒有供配電系統(tǒng)綜合信息化管控平臺，該系統(tǒng)需要整套建設(shè)。當前供電系統(tǒng)主要包括地面1座35 kV變電所、井下1座10 kV中央變電所和北翼1座10 kV采區(qū)變電所。地面建設(shè)1座35 kV變電站，目前采用上海南自SNP-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)，具備以太網(wǎng)接口，須索取通信協(xié)議及組態(tài)監(jiān)控界面加密狗后直接接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)。井下供電電壓采用PJG、KBZ系列開關(guān)綜保，不具備以太網(wǎng)接口，須索取通信協(xié)議及購置以太網(wǎng)模塊后直接接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)。北翼采區(qū)變電所有兩回10 kV電源，目前采用PBG、KJZ、KBZ系列開關(guān)綜保，不具備以太網(wǎng)接口，須索取通信協(xié)議及購置以太網(wǎng)模塊后直接接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)。

2 新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造的必要性

新田煤礦供配電系統(tǒng)設(shè)備目前均采用人工就地控制，占用崗位職工人數(shù)極大，且崗位薪資較低，人員流動性大，導致設(shè)備安全難以得到保障。多年來，分散建設(shè)和開發(fā)的供配電系統(tǒng)形成了許多信息孤島，缺乏共享的、網(wǎng)絡(luò)化的信息資源體系，無法對供配電活動起到指導性作用，更不能為企業(yè)領(lǐng)導層決策提供技術(shù)依據(jù)，致使數(shù)據(jù)中的信息資源不能利用，反而由于信息反饋延遲而引發(fā)決策失誤事件時有發(fā)生，使得管理決策處置極為被動。

因此，需要對礦井供配電系統(tǒng)進行智能化改造，建立一套集中監(jiān)控平臺，完成礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，實現(xiàn)井上、井下供配電系統(tǒng)在統(tǒng)一平臺上的集控操作，減少井上、井下固定場所的崗位人數(shù)，并逐步實現(xiàn)供配電系統(tǒng)中各個場所的無人值守。

3 新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造總體設(shè)計

3.1 設(shè)計目標

結(jié)合新田煤礦供配電需求，建設(shè)一套變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，將礦井變電所高低壓開關(guān)綜保保護裝置接入系統(tǒng)平臺，在35 kV變電所及集控中心實現(xiàn)對變電所高低壓開關(guān)的遠程監(jiān)控，在井上、井下變電所配套防爆高清數(shù)字攝像機，以滿足無人或減人值守的要求。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計概述

KJ284供電安全監(jiān)控系統(tǒng)是具有國內(nèi)先進水平的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可對站內(nèi)的一次設(shè)備進行監(jiān)視、測量、保護、控制，并記錄處理各種信息。

地面35 kV供電系統(tǒng)直接接入光纖環(huán)網(wǎng)，傳輸控制信號傳給集控中心監(jiān)控主機即可。配合礦井工業(yè)電視系統(tǒng)，可實現(xiàn)變電站無人值守運行方式，同時配置光纖測溫系統(tǒng)，用于配電線路沿線溫度監(jiān)測和火災自動報警。

3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

井下供電監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控計算機、變電所本安型分站、智能開關(guān)等組成，礦用本安型分站和開關(guān)智能綜合保護單元間采用RS485通信，開關(guān)設(shè)備的參數(shù)由礦用本安型分站傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控系統(tǒng)后臺。監(jiān)控中心可對變電所設(shè)備實施遠程控制，電力監(jiān)控后臺以O(shè)PC方式，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字化礦山平臺，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享及發(fā)布。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.4 系統(tǒng)組成

1)在各配電所配置1臺交換機，實現(xiàn)微機保護器以太網(wǎng)接口的匯聚；在地面各變電所配置1臺地面用多協(xié)議網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2)在每個井下變電所內(nèi)配置2臺礦用隔爆兼本安型多協(xié)議網(wǎng)關(guān)，通過通信線纜接入各臺開關(guān)，實現(xiàn)開關(guān)內(nèi)綜合保護器的接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)預處理。

3)多協(xié)議網(wǎng)關(guān)就近接入本變電所內(nèi)的環(huán)網(wǎng)交換機，實現(xiàn)與上位機通信。

4)對井下不具備通信接口或通信協(xié)議無法提供的保護器進行改造，使之具備RS485通信功能，此項由礦方負責完成。

5)礦方須提供所有微機保護器、綜合保護器RS485通信的接口及通信協(xié)議。

6)在井下變電所配置1臺光纖測溫主機及測溫光纜，4通道，用于電纜溝、電纜橋架分布式光纖溫度監(jiān)測及火災報警。

圖1 KJ284供電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.5 系統(tǒng)功能

3.5.1 遙測、遙信、遙調(diào)、遙視功能

遙測功能：實時監(jiān)測井下供電系統(tǒng)的電流、電壓、有功功率等電力參數(shù)。

遙信功能：實時反映井下開關(guān)的分、合閘狀態(tài)，保護裝置動作信號、事件順序記錄(SOE)、事故遙信變位等。

遙調(diào)功能：在監(jiān)控中心對井下開關(guān)的保護器進行保護定值召喚、整定修改等。保護器的定值連續(xù)可調(diào)，便于上下級開關(guān)的定值整定，加上保護器延時的準確性，可防止開關(guān)的越級跳閘事故發(fā)生，在遙調(diào)進行的過程中如果終端校核，則自動撤消控制并提示操作人員。

遙視功能：實現(xiàn)對各個變電所的視頻監(jiān)控，并可將視頻信息在服務(wù)器上保留一段時間，以供隨時回放(視頻由工業(yè)電視系統(tǒng)采集、管理)。

3.5.2 故障處理及分析

故障錄波功能：當保護動作時，可自動啟動錄波，分析各個時刻的幅值相位等，也可打印出錄波曲線，以便對故障時的供電系統(tǒng)參數(shù)有更全面的掌握。錄波數(shù)據(jù)包含有A相電流、C相電流、A相電壓、B相電壓、C相電壓、零序電壓和零序電流。

故障信息上傳功能：供電系統(tǒng)故障發(fā)生后，監(jiān)控系統(tǒng)除及時發(fā)出故障報警信號外，能上傳保存于保護器的故障信息(故障發(fā)生時間、故障原因、故障時的電流和電壓值)，也能對保護器上傳的故障錄波數(shù)據(jù)進行圖形分析及顯示，便于技術(shù)人員和值班人員及時了解供電系統(tǒng)故障時的運行狀況。

3.5.3 保護及自動化信息查詢及操作

保護信號遠方復歸和復位操作。在確認故障處理完成后，在監(jiān)控中心對保護器進行信號遠方復歸或復位，使保護器處于正常待機狀態(tài)，以便完成遙控操作。查詢并遠方整定微機保護裝置定值和微機保護裝置的自檢、動作信息。

3.5.4 運行報警

在電力監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，在使用者預先設(shè)置的情況下，如果系統(tǒng)中發(fā)生異常變化，則會立即提示，通知值班人員。而且在井下電網(wǎng)運行發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以按順序記錄保護器、自動裝置和斷路器動作的時間，保存到數(shù)據(jù)庫中，以便事后作為事故分析用。

4 供配電系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)

供配電系統(tǒng)分為3層結(jié)構(gòu)，即管理層、設(shè)備層和控制層，各子系統(tǒng)信息傳輸平臺為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。其中信息管理層通過自動化平臺進行數(shù)據(jù)規(guī)劃；控制層以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸平臺，由整個監(jiān)控中心設(shè)備及環(huán)網(wǎng)平臺組成；設(shè)備層采用現(xiàn)場總線，保證了現(xiàn)場子系統(tǒng)的實時性和可靠性，主要由各自動化子系統(tǒng)設(shè)備組成。

信息管理層：通過局域網(wǎng)進行信息傳輸，在每個計算機上，通過自動化平臺在統(tǒng)一的界面下查看全礦所有信息，將部門信息向平臺發(fā)布，實現(xiàn)信息化管理。

控制層：在工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上接入操作站，通過綜合自動化軟件平臺向設(shè)備層的控制器發(fā)送控制指令，并實現(xiàn)對整個供配電系統(tǒng)子系統(tǒng)設(shè)備的集中控制。供配電系統(tǒng)中礦井綜合自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

4.2 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)

軟件嚴格按照軟件開發(fā)流程進行，會設(shè)計幾種界面供客戶選擇。UI設(shè)計理念系統(tǒng)支持三級菜單，大類(含大類概覽，如大類下有無報警)、子系統(tǒng)概覽(各個子系統(tǒng)通信狀態(tài)、報警信息、大型設(shè)備運行狀態(tài))、子系統(tǒng)詳細參數(shù)界面。系統(tǒng)平臺設(shè)計一份總圖，各子系統(tǒng)設(shè)計分圖，由組態(tài)動畫、數(shù)據(jù)流程、采集數(shù)據(jù)、詳細參數(shù)等構(gòu)成，可查詢各子系統(tǒng)的詳細信息?？呻S時訪問諸如設(shè)計圖紙、統(tǒng)計圖表、現(xiàn)場視頻等其他信息，以保證機電設(shè)備的正常運行和生產(chǎn)要求。

界面簡單、直觀，便于集控員方便地訪問過程及設(shè)備的相關(guān)信息，并作出相應的、快捷的行動。基于C/S(客戶端-服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，支持中文界面，支持寬屏。符合國際工業(yè)標準，基于開放結(jié)構(gòu)。模塊化系統(tǒng)設(shè)計可以連接多個操作界面，使集控員的決策和行為更加快速準確。軟件UI界面圖如圖3所示。

圖2 礦井綜合自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 軟件UI界面圖

5 結(jié)語

從改造后的新田煤礦供配電系統(tǒng)運行情況來看，該系統(tǒng)較好地滿足了煤礦對供電系統(tǒng)智能化功能的需求，提升了煤礦供配電系統(tǒng)運行的整體效果，對類似煤礦供配電系統(tǒng)進行改造升級有一定的借鑒意義。

項目的應用改善了新田煤礦供配電系統(tǒng)信息化程度，提升了礦井生產(chǎn)效率，有效遏制了重大事故發(fā)生。為礦井安全生產(chǎn)提供了先進的監(jiān)控手段，能夠快速、及時地把握礦井運行情況，并作出快速反應。

實施智能自動化子系統(tǒng)，通過對組織機構(gòu)、管理制度進行調(diào)整，應用現(xiàn)代管理手段，提高了礦井供配電系統(tǒng)的工作效率和管理水平。礦井供配電智能系統(tǒng)應用后，實現(xiàn)了自動化或遠程監(jiān)視，煤礦井上、井下變配電所等部門均實現(xiàn)了無人值守，節(jié)省了礦井的運營成本。