基于以太网的煤矿10kV电网监控系统的设计与应用
摘 要为了提高煤矿供电系统的安全性和可靠性适应现代化矿井建设构建了基于工业以太环网的煤矿电网监控系统重点介绍了系统的设计方案结构功能给出解决越级跳闸和自适应漏电保护等相关技术该系统经实际应用实现了井下7个配电室的远程集中监控遥控遥测遥信遥调等功能提高了煤矿生产自动化水平强化了矿井电网安全防止井下大面积停电和越级跳闸等事故的发生缩短故障处理时间为最终实现井下变电所无人值守创造了条件
关键词 工业以太网电网监控越级跳闸
0引言
新元公司现有3个地面变电站分别为110 kV变电站中央风井35 kV变电站韩庄风井35 kV变电站110 kV变电站位于工业广场内内担负新元公司工业广场10 kV中央风井35 kV韩庄风井35kV变电站的供电任务矿井人井10 kV电缆共计13趟包括风机专供系统电源分别引自中央风井场地35 kV韩庄35 kV工业场地110 kV变电所井下10 kV配电室有9个各变电所两回路电源电缆任一回路停运时另一回路仍可满足其所带全部负荷的需要为满足集团公司推进现代化矿井发展的需要有效实现电网系统的安全可靠运行新元公司于2014年开始进行电网监控系统的建设经过近一年的运行基本实现了井下电网系统7个配电室的远程集中监控就地和远程操作实现了四遥功能
1新元煤矿电网监控系统
1．1 系统结构
新元煤矿井下电网监控系统主要由地面监控中心以太网数据交换中心地面保护主机井下数据传输分站高爆开关综合保护器相关组态软件和其它辅助设备构成井下电网监控系统示意图如图1所示
1．2系统构建
（1）新元公司电网监控系统地面中央风井35 kV变电站和110 kV变电站共计接人6台人井线路保护装置井下电网监控系统接入井下7个配电室分别是中央配电室煤仓配电室南区中央配电室集中胶带巷配电室9煤中央配电室西一和西二配电室
（2）将井下7个配电室约90台高开综合保护器更换升级为ZBTllc型级联纵差综合保护器该保护器是具有消除越级跳闸功能的新一代高开综合保护器它集保护测控通信故障录波电能计量统计分析谐波含量分析功能于一体低压馈电开关保护器更换为能够和IQl37电网自动化系统通信的智能综合保护器目前使用的低压馈电开关均能实现和电网自动化系统通信
（3）分别在井下7个配电室安装KJ360一F矿用隔爆型电力监控分站将配电室内的高低压开关与监控分站联接就地实现高低压设备集中控制同时安装视频摄像头实现遥视功能另一方面通过矿用千兆环网将保护器数据上传至地面调度中心实现远程四遥监控功能
（4）地面机电调度和井下中央配电室均设置一监控中心能够实现地面井下实时监控保证地面调度指挥与井下人员操作实时一致监控中心包括地面调度中心监控主机井下监控中心主机网络交换机打印设施等
（5）在井下配电室安装DXBl27／127矿用隔爆型电源为保护器和电力通信分站或网络交换机提供可靠的工作电源和操作电源保证在电网波动和交流失电情况下维持设备正常工作
（6）在地面调度中心井下中央配电室综合楼机电队办公室安装电力监控客户端在地面信息中心机房设置电力监控专用通信服务器2台安装专用的KJ360电力组态专业软件采用双机热备的工作方式实现地面调度中心对地面井下高压供电系统的远程监控
2主要功能
（1）实现地面调度中心对井下电网的实时监测功能监测高低压供电系统每个回路的电流电压绝缘电阻有功电量无功电量开关分合位置保护信号室内视频室内温度等实时状态同时预留接口能够实现与地面供电系统的衔接
（2）对供电系统及网路传输系统中各种保护信息进行实时告警当发生开关跳闸保护动作网络传输中断等事件时将自动调出故障所在的画面具备故障闭锁事件记录查询功能
（3）根据权限设置分级实现开关分合闸操作管理定值管理电量管理报表管理历史数据管理故障录波分析与打印规约转换数据转发等功能
（4）通过地面调度中心安装的专用通信服务器和液晶显示器井上井下变电所可进行通信显示井下变电所的视频信息并可实现人机交互操作此外还有历史数据存储与检索功能曲线存储与检索功能报表设计与检索打印功能图形画面组态功能web浏览功能设备档案管理和自诊断报警功能等
3 电网监控系统相关技术
3．1 分布式智能速断防越级保护系统
系统建设中主要是升级改造保护器为防越级保护器安装防越级交换机搭建光纤纵差通道防越级保护系统组网示意图如图2所示
3．1．1基本原理
采用网络化基因图谱算法利用开关间自主交换故障信息进行协商的形式自主判断故障区段实现全网零秒速断以达到防越级跳闸的目的
3．1．2主要特点和效果
可实现级联纵差保护母差保护三段式过流零时延智能后备保护该系统保护分散可就地安装独立跳闸符合国家电网公司的要求系统具有分布式无主网络结构对通信依赖小故障信息自主协商风险分散可靠性高系统分层分布式光纤网络设计保护功能就地完成可靠性高变电所间级联纵差保护可避免站间越级母线故障快速动作差动保护可防止电网扰动T接线差动可满足一拖多供电网络零时延智能后备保护可消除传统后备保护时间累积效应的缺点光纤纵差通道实时监控动作行为实时监控
3．1．3实现方式
利用分散安装的ZBT．1 1 C级联纵差保护器通过保护信息网快速交换信息快速判断故障区段可准确快速切除距故障最近的上级开关达到防越级跳闸的目的
3．2激励式自适应漏电保护系统
传统的漏电保护方法是以接地电流本身的故障特征作为故障判据由于井下电网运行方式变化较大历次接地时接地电流特征都不稳定造成了以接地电流特征为判据的漏电保护经常起不到作用故采用激励式自适应漏电保护系统激励式自适应选择性漏电保护系统由SY3603智能选漏保护终端SY3601信号注入装置高爆开关中的ZBT一11C级联纵差综合保护器构成ZBT．11 CSY3603安装在井下高压开关中SY3601安装在地面10 kV变电所中每段母线安装一台SY3601信号注入装置信号注人装置在探测到有接地故障时向接地相注入特殊信号非工频信号经分散安装的高开综合保护器检测信号量值达到设定值时即判定为线路接地漏电保护跳闸SY3600煤矿电网漏电保护系统如图3所示
3．3 瞬时失压误动缺陷的完善
煤矿井下电网在遭受雷击大负载类设备启动出口处短路等情况时容易造成电网电压瞬间波动或下降继而无压释放线圈误动引起井下大面积开关跳闸为了解决这个问题为每台高压防爆开关配置一台KYD-01瞬时失压智能控制模块保证交流失压情况下在0～5 S内维持无压释放线圈正常工作母线瞬时失压时高压防爆开关不会误动跳闸KYD-01智能无压释放线圈控制模块由开关电源模块单片机延时控制电路控制及告警电路智能电容充放电回路组成其电源额定电压为交流100 V源电压波动范围为75％～110％额定输出电压24 V保持时间05 s可调级差0．5 S无压时可输出常闭接点供自动化系统报警使用瞬时失压智能控制模块原理如图4所示
4解决对策
（1）山源KJ360矿用电力监控系统与磐能综合保护器配合的问题由南京磐能公司将分站通讯协议改为常用的MODBUS通讯协议修改后系统运行正常解决了保护器死机或不通信问题
（2）高压防爆开关远程操作拒动问题根据检修计划在总调度控制室有计划地对井下所有高压防爆开关进行远程分合闸操作发现有6台次4台高压防爆开关出现分合闸拒动情况经查4台次拒动是开关本身机构问题2台次拒动是山源监控分站与磐能综合保护器之间衔接出现问题通过分析和检查解决了问题
（3）电力监控系统不能启动问题煤矿信息中心机房2台电力监控服务器监控系统出现不能启动问题显示数据库连接异常导致整个电力监控系统不能正常运行将服务器1 SQL server 2008数据库配置更改为SQL server和windows混和身份验证模式服务器2重新导人系统数据库文件重新配置服务器双机热备通过处理系统可正常运行服务器实现双机热备模式
（4）人员培训问题针对运行阶段出现的系统管理与操作人员不能适应新装备工艺的问题新元公司机电系统已制定出培训计划及修改相应制度规程以保证电网集控系统能够稳定运行
5 安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型
5.1简介
安科瑞电气股份有限公司根据配电室实际情况结合多年的变电站和配电室的运行管理经验自主研发了安科瑞配电室综合监控系统实现了智能开关柜运行监控高压开关柜带电显示电流电压等负载运行监控母线测温监测电缆测温监测环境监测有害气体监测安防监控采暖通风门禁灯光风机除湿机空调控制等功能实现动力环境各数据的检测与设备控制实现动力环境优化避免运行环境的失控导致配电设备运行故障保证维护人员延长设备使用寿命减少配电室粗放式管理导致成本过高同时实现配电动力环境的分布式远程管理联系 张经理 187-0199-7519
5.2系统功能
5.2.1 通信管理
安科瑞智能配电室综合监控系统可以完成对整个配电室范围内的通信设备进行管理添加删除控制和数据的实时监测
5.2.2实时监测
安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好能够显示配电室设备的运行状态实时监测配电室环境参数信息如视频温度湿度漏水/水浸水位有害气体和电参量等实时显示有关故障告警等信息
5.2.3 数据查询
在人机界面中可以直接查看配电室个设备的运行数据
5.2.4曲线查询
在曲线查询界面可以直接查看遥测参量曲线包括温度湿度水位有害气体电压电流等曲线
5.2.5运行报表
查询配电室内设备的运行数据报表包括日报表月报表年报表和查询报表等
5.2.6实时告警
科瑞智能配电室综合监控系统具有实时告警功能系统能够对配电室温度湿度有害气体设备故障或通信故障等事件发出告警告警如右图所示
5.2.7 历史事件查询
安科瑞智能配电室综合监控系统能够对产生的所有事件记录进行存储和管理方便用户对系统事件和进行历史追溯查询统计事故分析
5.2.8 用户权限管理
为保障系统稳定运行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（如遥控的操作数据库修改等）可以定义不同级别用户的登录名密码及操作权限为系统运行维护管理提供可靠的保障
5.2.9网络拓扑图
安科瑞智能配电室综合监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态能够完整的显示整个系统网络结构可在线诊断设备通信状态发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位
5.2.10遥控操作
安科瑞智能配电室综合监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作
5.3Acrel-2000E/B配电室环境监控系统推荐配置选型
6结语
（1）新元煤矿井下电网监测监控系统在保证整个电网系统可靠性安全性的前提下实现了井下电网自动化远程监测监控管理
（2）系统采用分布式智能速断保护原理纵差保护作为主保护零时限智能后备作为远后备保护实现防越级跳闸的功能
（3）激励式自适应漏电保护系统克服了传统漏电保护方法中以接地电流本身的故障特征作为故障判据的局限性
（4）井下7个高压配电室及主要低压供电系统实现就地监控的同时通过工业环网将保护器数据上传至地面调度中心实现遥测遥信遥控定值遥调遥视功能达到集中监控具备了无人值守条件
（5）各配电室及变电站的电力监控分站通过矿用千兆工业环网平台将各配电室开关信息上传到信息中心服务器最终实现地面信息中心两台服务器矿井总调客户端机电队办公室客户端井下中央配电室客户端对井下各开关的远程集中控制实现了地面控制为主井下监控控制为辅的控制模式
参考文献
[1]王建文．防越级跳闸在煤矿供电系统的应用[J]．山西焦煤科技2014252．
[2]张利军孙瑞平．基于工业以太网的煤矿10 kV电网监控系统的设计
[3]安科瑞Acrel-2000EB配电室综合监控系统2020.04版
作者简介
张星女安科瑞电气股份有限公司主要从事配电室综合监控系统的研发与应用
