关于矿井地面电力综合自动化系统的研究与产品选型

安科瑞  崔丽洁

摘要：煤矿供电系统是煤矿生产的重要动力保障 , 一旦电力中断 , 生产将被迫停止 , 同时停电后容易发生瓦斯积聚爆炸、淹井等恶性事故，现有配电室采用不同厂商的保护装 置产品，没有形成有效的监控配电系统，不便于管理和实现无人值守。因此，迫切需要一套智能监控配电系统来保护矿井的供电安全。目前，通过使用电子计算机达到以对信息进行收集、传送以及处理为目的的先进的电力综合自动化系统，能保证电网的安全、可靠和经济运行。

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　　概述

　　本文所研究的某大型现代化生产矿井的运行特点为工作负荷大、分布广泛、供电系统复杂，其中地面 6kV 变电所、6kV 高压机房、箱式变压器有 16 个，分布地面工业广场、东风井、北风井、西风井，相互之间距离较远，通过建立地面电力集中自动化系统，将数据信息传送到地面自动化控制中心，实现实时监测监控和操控等功能，并且可以通过 OPC 接口转发向矿井综合自动化平台提供电网相关的运行参数。

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　　矿井地面电力综合自动化系统

　　矿井地面电力综合自动化系统概述

　　该矿地面电力综合自动化系统站控层、通信层、保护间隔层这主要的三部分共同组成。地面电力综合自动化系统的主干通讯网络，依靠矿已经建设的 6 个地面变电所安装的工业环网以太网交换机，实现网络通讯。在变电所内安装通讯管理机，通讯管理机具有上行网络光 / 电口和下行 485 接口，上行通过网络电口接入到就近的环网交换机内进行与已经建立的电力监控系统进行通讯，下行 RS485 接口与变电所内的高压综保相连接，实现综保数据的采集及控制功能。而相关数据的实时收集工作，主要是通过站控层实现的，其收集信息的装置首先通过现场总线与通信管理机相连后，再与通信网络层的工业以太网交换机与监控管理层建立联系。通信服务器与通信控制处理软件两部分共同组成了通讯网络。通信网络主要是通过对电网运行实时信息的采集和处理来反映各变电所实时的运行情况，以便于相关人员能实时监测系统的动态，迅速掌握系统的变化，以达到对该矿区地面变电所调度的集中。

　　矿井地面电力综合自动化系统组成

　　在硬件方面，该系统主要由为通讯管理机、服务器以及监控中心工作站等设备组成。服务器采用双份热备用运行模式，保证系统可靠。其中通讯管理机共计设置 8 台，根据矿工业广场变电所的距离设置，其主要功能是具有多个下行通讯接口及一个或者多个上行网络接口，将变电所内所有的智能监控、保护装置的通讯数据整理汇总后，实时上送监控中心后台机，完成遥信、遥测功能；另一方面接收后台机下达的命令，并转发给变电所内的智能控制单元，完成对变电所内各开关设备的分、合闸远方控制、参数整定，实现遥控和遥调功能；同时配备多个串行接口，便于变电所内的其它智能设备通讯。

　　2 台服务器放置在服务器机房，实现对整个矿区全部变电所的所有设备的运行情况进行监测与控制。若一台服务器发生故障，另一台服务器则在执行本身功能的基础上，还会替代故障服务器的功能，即执行所有功能。

　　2 台监控中心工作站放置在地面自动化控制中心，有人员专门值守，负责对全矿各变电所进行实时的监控，做到远程控制。

　　矿井地面电力综合自动化系统系统功能

　　对实时数据进行采集、处理，整个工作系统的监视与控制是矿井地面电力综合自动化系统的主要功能。下面将主要将从数据采集和处理功能两方面对该系统实现的功能进行阐述。

　　（1）数据采集功能。数据采集是该系统工作的最基础的部分，系统通过实时收集各监控子站传出的参数（如电流电压值、有功功率、无功功率、功率因数、电度、开关所处状态、通信状态、保护器定值等）来达到对矿井地面电网的远程监控的目的。数据库系统则是以 SQL Sever 2008 系统为基础，实时的数据库管理系统。

　　（2）数据处理功能。系统的数据处理功能是将各种数据全部采集之后执行的，最终实现变电所内开关的远程遥测、遥控、遥调、要信等功能，以及在线参数监测、故障定位报警、历史数据查询、数据统计分析、用电计量管理、开关变位告警、保护动作告警、电压电流越限告警，并有文字窗口、声音提示、短信发送等功能。

　　系统可靠性

　　电力综合自动化系统在矿井地面变电站中具有良好的应用价值，能够在维护变电站安全稳定运行的同时，促进变电站管理水平的不断提升，对智能变电站的设备运行及电能消耗进行科学化控制，从而保证电力企业的综合效益。同时能提前发出故障警报，便于相关技术人员及时发现电力系统中存在的问题，从而降低电力事故发生几率。

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　　变电站综合自动化系统产品介绍与选型

　　系统功能

　　（1）实时监测

　　Acrel-1000变电站综合自动化系统，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

　　（2）报警处理

　　监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。

　　1） 事故报警。事故状态方式时，事故报警立即发出音响报警（报警音量任意调节），操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位，同时弹窗显示红色报警条文，报警分为实时报警和历史报警，历史报警条文具备选择查询并打印的功能。

　　事故报警通过手动，每次确认一次报警。报警一旦确认，声音、闪光即停止。

　　次事故报警发生阶段，允许下一个报警信号进入，即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。

　　2） 对每一测量值（包括计算量值），由用户序列设置四种规定的运行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分别定义作为预告报警和事故报警。

　　3） 开关事故跳闸到指定次数或开关拉闸到指定次数，推出报警信息，提示用户检修。

　　4）报警方式。

　　报警方式具有多种表现形式，包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式，用户根据自己的需要添加或修改报警信息。

　　（3）调节与控制

　　操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能，允许监护人员在操作员工作站上实施监护，避免误操作。

　　操作控制分为四级：

　　一级控制，设备就地检修控制。具有优先级的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时，将闭锁所有其他控制功能，只进行现场操作。

　　二级控制，间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。

　　三级控制，站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成，具有远方/站控层的切换。

　　四级控制，远方控制，优先级。

　　原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即选择、返校、执行，并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码，以确保操作的安全性和正确性。对任何操作方式，保证只有在上一次操作步骤完成后，才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。

　　纳入控制的设备有：35kV及以下断路器；35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关；站用电380V断路器；主变压器分接头；继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。

　　定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作，设定启动和关闭时间，完成定时控制。

　　监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点，接点的容量对直流为110V（220V）、5A，对交流为220V、5A。

　　（4）用户权限管理

　　系统设置了用户权限管理功能，通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组（如管理员、维护员、值班员组等），在每个权限组里添加用户名和密码，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

　　系统硬件配置

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　　结束语

　　无论是对企业本身来说还是对社会来说，矿井地面电力综合自动化系统的应用都是及其有利的。对企业自身来说，该系统的应用在更大程度上保证了相关工作人员的人身安全、提高有关用电管理方面的效率、降低吨煤电耗、大大改善了工作条件、提高企业的盈利水平以及市场竞争力。对社会来说，该系统的应用可以减少企业对能源的消耗的同时也可以做到对环境的影响更小。