煤矿电力无人值守监控系统解决方案

煤矿电力无人值守监控系统解决方案一、概述电力是煤矿生产的唯一能源，电力系统的安全性和运行状态直接影响着煤矿的生产和安全。煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，在此环境下使用的电器设备、供电电缆和电缆接头容易发生漏电和短路事故；采掘面地质情况复杂，负载变化大，易造成电器设备过流发热，使线路绝缘破坏，造成短路烧毁线路和电机；采掘设备移动工作，供电线路在反复的拖拽中易发生绝缘破坏、短路等事故；煤矿井下电缆供电距离短，常规保护选择性差；粗略的计量造成了用电浪费、计量管理与数据处理效率低下；造成井下供电线路短路事故的原因复杂多样，井下供电线路短路事故难以避免。KJ360矿用电力监控系统（含电能计量管理）可实现整个矿井的井下供电集中监控管理系统建设。系统着重解决煤矿供电供电自动化系统存在的五大问题保护可靠性差、时常有误动和拒动的现象；井下电压波动、雷击造成的井下高压开关无压释放线圈误动引起的大面积停电问题；由于漏电保护方案单一，定值调整粗糙，无法精细整定，造成高压漏电保护经常发生拒动、误动；电网监控功能单一，达不到无人值守变电所的建设要求。电能计量功能单一，达不到节能减排和精细化考核的建设要求。除此之外，我们还在产品中揉进了电网扰动录波分析、故障预警、故障定位分析及短信息告警、保护器软件远程维护及升级等功能；二、设计原则先进性实用性可靠性经济性扩展性开放性三、解决方案（1按无人值守变电所设计，建设远程电网监控系统在地面调度建立一个电力监控中心，在监控中心内配置专用的电力监控服务器、操作站、打印机、UPS后备电源等硬件设备，软件安装具有安标认证的KJ360矿用电力监控软件（含电能计量统计处理模块），完成整个电力系统的数据采集、运行状态监视、电量计量和考核、安全闭锁、远程集控和自动控制，存储、查询和统计整个系统的运行数据、运行记录、故障报警记录等信息，并实现远程监视设备运行情况，远程操作控制井下设备的运行和试验；电网监控软件具有高级DA应用功能，可以实现故障预警和保护、故障定位处理和分析；在地面变电所矿用一般型电力监控分站，接入辖区变电所的高压开关、搭建电网监控专用通讯网络，实现变电所通过地面调度中心和分调度中心进行遥控、遥测、遥调、遥视、遥试、电能计量等功能；达到变电所无人值班的自动化要求；在井下变电所安装矿用隔爆兼本安型电力监控分站，接入辖区变电所的高低压开关，实现变电所通过地面调度中心和分调度中心进行遥控、遥测、遥调、遥视、遥试、电能计量等功能；达到变电所无人值班的自动化要求。（2按节能减排建设要求，建设远程电网计量监控系统建设电网监控系统的同时，可利用电网监控网将变电所内高压开关保护器内置的电度积分芯片统计计算所得的电能数据或者变电所内智能电能仪表的电能数据传至地面调度中心，由电能计量统计分析软件实现远程电能计量监控功能。（3采用分层、分布式配置原则，实现电网调度中心建设在煤矿地面建立电力监控中心，配置相应的服务器和工作站等设备，安装相应的电力专用组态软件，（4项目实施后的效果在地面调度监控中心显示和记录井下各变电所所有数据；进一步提高井下高压开关保护动作的可靠性和准确性，提高供电可靠性；解决电压波动造成的井下大面积停电问题；解决现有保护器整定值漂移和抗干扰能力差引起的开关误动拒动等问题；实现地面调度对井下变电所的遥测、遥控、遥信、遥调、遥视和遥脉，为实现变电所无人值班，打造数字化矿井打下基础；实现对变电所内部第三方智能设备的数据进行实时监测、预警。（5煤矿电网监控系统构成图四、所选产品技术指标（1远程监控部分主要功能1实时测量与监视功能测量供电系统每个回路的UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA、3U0、IA、IC、3I0、P、Q、COS、绝缘电阻、有功电量、无功电量、频率、功率因数等遥测量数据；所有监测点均有动态图标显示，明确显示监测点的运行状态，每个数字量监测点有实时数据、实时曲线、运行记录、故障记录等数据显示。2遥信功能实时监视开关分合位置、风电瓦斯电开入量状态、控制输出状态、各故障报警状态等信号量。3遥控功能高低压开关的分合闸控制操作、保护信号复归操作、启动录波操作和挂接检修牌，提供并实现高低压开关的就地/远控两种操作控制方式。在保护器及系统主机上都可以进行电路的分、合闸操作，具有本地控制和远程遥控双重功能。4遥调功能在保护器及系统主机上可就地/远程在线进行保护定值整定、分时时段整定、最大需量周期整定、结算点整定、通讯设置整定等操作。5告警功能开关变位告警、保护动作告警、电压电流越限告警；并且有文字弹出窗口和声音提示。6开关机构和控制电源监视功能能够监测开关机构异常，并发出告警，能够监测控制电源完好性，并发出告警，以便及时检修，避免保护动作时开关拒动。7事故推画面功能当某变电所发生开关跳闸、保护动作等事件时，将自动调出事故回路所在的画面；8事件记录存储检索功能当开关变位、保护动作、发生预告信号、控制操作、修改定值时，均生成带时标的事件记录，存储在磁盘中；9定值管理功能可以对选定的回路进行定值查询、设定与打印。设定时为了定值设定的安全可靠，分定值预设和定值固化两步进行。在保护器及系统主机上可就地/远程在线进行保护定值整定、分时段整定、最大需量周期整定、结算点整定、通讯设置整定等操作。10权限管理功能有管理员级权限和客户权限，管理员可以分配每台工作站的权限，以保证系统操作的安全性；11故障录波分析与打印功能当保护动作时，可自动启动录波功能，也可由调度下命令启动某回路进行录波，主站可再现电压电流波形，分析各个时刻的幅值相位，谐波分析等，也可打印出录波曲线；12控制操作功能控制操作有三种高低压开关的分合闸控制操作、保护信号复归操作和启动录波操作；开关分合操作分预分预合，控制执行两步操作，以确保开关操作的安全性；因上级电源原因发生大面积停电时，能自动判断故障性质，并能将故障线路迅速切除，并具备一键复电功能，复电逻辑程序由使用人员进行具体设定。13历史数据存储与检索功能对电压、电流、功率、功率因数、电度量等存储小时值、日值、月值，存储的时间长短只受磁盘容量的限制；14系统及操作安全性系统安全性系统应采取可靠的软、硬件措施，确保监测中心数据安全性及监测网络各设备的安全性。操作安全性操作控制与管理应有级别授权，操作对象状态检验、显示和操作结果的预显示，操作过程数据和状态反馈、图形显示和过程记录，可设置操作限制条件，对违章操作自动报警。权限安全性系统具有多级密码验证，自动屏蔽恶意操作和非法操作。跟踪记录实时记录用户修改、设置、整定、远控等操作记录。系统具备现场开关停电密码闭锁和电子挂牌、送电密码闭锁和电子挂牌、远程操控闭锁和电子挂牌、带电检修保护和闭锁等安全闭锁功能，真正的硬件智能闭锁，就地远程均可设置，不需外设闭锁设施和旋钮15编组操作及预案运行功能编组操作通过操作控制软件，用户可方便实现分组操作，实现分区、分批远距离停送电功能。预案运行用户可预先编制预案，发生预案设定情况时，用户可启动预案程序，执行预案操作。16曲线存储与检索功能可存储电压电流功率等的日曲线月曲线，存储的时间长短只受磁盘容量的限制；17报表设计与检索打印功能软件自带报表设计工具，可进行各类报表的设计，现实与打印时，自动将数据从数据库中取出，并填在表中。系统的图表配有显示分析和统计计算工具，图表均可直接打印输出，曲线图形可以用鼠标任意放大缩小，统计数据可以以直方图、饼格图显示，方便对监测信息分析交流。18打印功能可进行屏幕打印、各类曲线打印、事件记录打印、报表打印、录波打印；19图形画面组态功能有强大的电力组态工具，可制作变电运行所需的各类图形、曲线；有监测点属性设置和绘画工具，系统图库储备丰富的图件，可根据需要更改系统界面的图形和布局，设置与相应监测点的数据链接。20WEB浏览功能可提供WEB浏览功能，使在局域网中的任何计算机，经授权均能浏览各类曲线、报表和实时图形。通过该功能，可实现煤业集团远程监视供电系统的运行工况；21设备档案的管理可在画面上，点击开关可调出开关的档案资料，实现开关及相关设备的台帐管理；系统的图表配有显示分析和统计计算工具，图表均可直接打印输出，曲线图形可以用鼠标任意放大缩小，统计数据可以以直方图、饼格图显示，方便对监测信息分析交流。22监测功能监测界面和内容可通过局域网采用C/S方式传送到安装了终端监控软件的用户，系统可通过局域网和客户端软件实现网上数据共享，并可接不同授权授予不同界面和功能。23系统现场设备采用现场总线等传输方式，事件数据主动上传，确保数据的实时性。24规约转换和数据转发可实现多种通讯规约的转换，并向调度转发数据。提供OPCSERVER接口，配合集中控制平台进行集成。25远程维护功能在用户同意和开放时，通过INTERNET，可以对用户的电力保护监控系统进行远程维护和技术支持，使服务更加及时到位。终身免费升级保护程序，能够在不停电情况下进行远程升级保护和分站程序。26自诊断功能系统能及时发现分站、高开综合保护器故障，并予以报警。27数据密采功能系统具备扩展能力，能够实现设备电力参数远程在线分析功能，能够高密度（采集周期可达01秒）的对设备电气参数进行远程采集,采集参数包括三相电压、三相电流、零序电压、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数、绝缘电阻、温度、频率、零序有功分量等数据，并自动绘制数据曲线。28一键式恢复供电功能因上级电源原因发生大面积停电时，能自动判断故障性质，并能将故障线路迅速切除，并具备一键复电功能，复电逻辑程序由使用人员进行具体设定。29兼容性及可扩展性系统执行国家标准，具有开放性，方便与其它系统挂接，同时能与国内主流设备生产厂家产品兼容。可扩展性系统配置灵活，安装简易方便，可根据用户需求和资金情况，方便地对系统进行扩容和升级，如变电所增加开关、增加数据传输分站等扩容，可由矿方技术人员直接完成。30WEB发布功能监测界面和内容可通过局域网采用C/S方式传送到安装了终端监控软件的用户，系统可通过局域网和客户端软件实现网上数据共享，并可接不同授权授予不同界面和功能。（2电网监控平台高级DA功能1故障诊断当井下电网发生故障时，系统根据各分闸系统采集的开关跳闸变位信息、保护动作信息、录波数据等故障信息进行综合判断，确定故障位置，给出故障区域。2故障录波故障情况下，井下监控控分站自动优先上传保护的动作事件信息，所有动作事件信息上传完毕后，依次自动上传单端测距故障分析报告和录波文件，上传完毕后提示用户可以进行相关的分析，如波形分析等。故障录波信息包含以下操作基本的波形操作、波形显示、波形取反、查看离散点、波形缩放、波形移动、波形剪切、分窗显示、谐波分析3故障报告根据故障诊断和故障录波的结果，生成电网故障分析报告，包括故障时间、故障范围、故障性质、相关装置动作情况等。此上故障信息均会在界面中央弹出报警提示框以及进行语音朗读故障信息。一个故障发生后，自动推图开关闪光事件报警框弹出打出故障文字信息语音播报故障信息录波窗口闪烁提示点击显示录波曲线录波分析4保护动作行为分析根据电网故障分析结果，自动判断相关装置的动作行为是否正确，并给出相关装置的动作行为分析报告。若装置的动作行为不正确，能够分析装置不正确动作的原因。5网络拓扑动态着色网络拓扑是电网分析软件的基础。它根据SCADA系统采集的量进行网络分析，将有电气联接的母线结合为“岛”。其中无电源的岛称之为“死岛”。同时给出各个设备的状态信息。网络着色则是根据网络拓扑监视出的设备状态信息，以不同的颜色直观的显示出电网系统各个设备的电气状态（带电与不带电及其相互连接）。在本系统中，采用接线图直接描述拓扑关系，即所见即所得。接线图画好了，接线拓扑也就完成了。（3电能计量部分主要功能KJ360软件平台中提供一套专业计量管理软件，实现电量远程自动抄录和尖、峰、平、谷分时计量、最大需量的抄录，可提供全矿、各单位、各设备任一时间段的用电状况，自动生成班报、日报、月报、年报等多种形式报表，提供同期用电对比数据，为管理者提供实时精确的科学依据；并形成报表予以打印；KJ360电能计量及计费系统软件结构简单清晰，分为系统设置、数据采集及处理、数据分析、曲线设计、报表生成及打印、数据维护、WEB信息发布等功能模块。根据系统的规模大小，既可以单机运行、也可以采用网络运行模式。1数据采集功能支持多种通信规约。系统可不受限制地扩展通信接口，任何电能终端或采集负控终端、采集模块、只要具备固定的通信规约，都可以通过编写驱动程序接入系统。2复费率分时计费功能对于具有分时计费功能的电能终端，系统可直接读取其分时段电能量。对于不具备分时计费功能的电能终端，系统可由数据处理机计算分时计费数据。系统可针对同一系统内不同用户级别、不同安装地点的电能终端，设置不同的分时计费方案，每个方案都具有完整的日分时计费时段表。3最大需量统计计算最短需量周期为5分钟，可按日、月、年统计线路上有功功率、无功功率、视在功率、电流等的最大需量。在电费结算公式设定时，增加按最大需量计费的参数，即可以在电费结算和计算单元，将需量因素计入电费，使电费管理与实际情况吻合。4负荷曲线管理功能提供专门的负荷曲线分析工具，可以读取电能终端的各项历史数据，形成日、月、年负荷曲线。提供计划负荷与实际负荷的对比功能，使用户实时把握负荷变化情况，针对尖峰负荷的出现规律实施有效措施错峰用电。5自定义报表功能系统提供自定义报表制作和查询工具。支持任意格式的报表和图形曲线、棒图、饼图制作。支持日报、月报、年报、实时报表、序列报表如事件报告等各种历史数据的查询。可对查询的报表进行签名固化保存，避免报表随数据库数据源变动而发生改动。支持对自定义报表以及WEB发布系统报表的查询、修改和打印等操作,设置不同的权限保护，有效提高系统的安全性。6事件记录及查询功能系统具有全面的事件记录功能，可以记录所有电能终端的原始事件及电量异常、需量超限、电能质量突变事件等高端电能终端提供的高级分析事件。可详细记录所有系统设置、分时计费方案变更、表计启停、校核与拆换、断相补偿、手置数据、修改数据等系统操作事件。可对一些可逆操作如不正确的断相补偿、不合适的旁路替代等在授权范围内撤消及重新恢复数据。7数据查询分析功能系统具有全面丰富的数据查询分析功能，可提供最简单的列表查询以及美观、贴近用户管理需要的图形显示和打印模板等。电量消耗对比图直接显示不同结算单位的用电量消耗情况，以及某些结算单位所消耗电量在全部消耗中的比重。电费支出对比图直接显示不同结算单位在同一段时间内的电费支出情况，以及某些结算单位支出电费在全部电费支出中的比例。损耗率对比图直接显示各损耗量计算点的实际损耗率对比图。需量对比分析图直接显示各结算单位在同一段时间内的最大需量对比图。提供图表分析模板，支持用户根据自己的需要定制对比分析图表。8实时监视和报警功能对整个系统运行状态进行实时监视可对日、月平均电量波动超限，损耗率过高，缺相，失压，数据缺失，数据错误等提供预、报警功能支持用户自定义的异常判断条件，可对指定的数据区间进行过滤筛查；具有综合考评数据分析功能，可自动计算一段时间内的电压合格率、电能不平衡率、月平均功率因数等，并制作报表供用户打印分析9WEB发布功能系统具有WEB信息发布平台，可提供实时电量、开关量显示、结算单位信息、电能数据、电费数据、事件、报表等查询功能WEB信息发布系统具有访问权限保护，授权用户可访问指定数据WEB信息发布系统具有可扩展性，用户可自定义扩展页面或修改页面显示风格五、设备电磁兼容性能及绝缘耐压性能电磁兼容性能试验项目试验值参照标准静电放电试验8KV/15KVGB1459841998,级（IDTIEC602552221996）快速瞬变干扰试验4KV，共模，25KHZ2KV，差模，25KHZG级（IDTIEC602552241992浪涌冲击抗扰度4KV，共模2KV，差模GB/T1762651999标准级绝缘耐压性能试验项目试验值参照标准绝缘试验2KV交流，1分钟GB/T1459839360冲击电压试验5KV,12/50S,05JGB/T1459839380六、解决方案案例（1工程概况本技术规格书设计范围包括地面变电所包括地面110KV变电所、空压机房变电所、回风立井通风机房配电室、风井场地变电所。井下变电所包括井下中央变电所、南翼大巷一号胶带机机头变电所、一采区变电所、二采区变电所，高压开关共有83台。地面110KV变电所预留送矿调度中心的数据接口，地面变电所内高压开关设备和井下变电所内的高、低压开关设备综合保护器具备RS485通信能力，可实现远程通信。（2总体技术要求通过矿井工业以太环网通讯平台，能够实现对井下到地面变电所的电力参数的监测监控；实现地面调度对地面和井下变电所智能开关的遥测、遥控、遥信、遥调、遥视等功能，实现变电所无人值守；能够在地面电力调度中心显示、记录和查询变电所监控点的所有数据；能够事先防越级跳闸功能对6KV及以上电压等级的地面变电站开关及井下变电所高压开关保护器升级改造，提高地面及井下高压开关保护动作的可靠性和准确性，解决越级跳闸以及一个回路短路故障引起变电所开关全部跳闸的问题，提高供电可靠性；解决线路瞬时失压或电压波动造成的井下大面积停电问题；智能保护器具备后备电源，确保在失电后装置能够可靠动作并把故障数据记录和传送到地面，为事故分析提供依据；对参与集控改造的变电所建立用电计量考核系统，使管理者实时掌握全矿电能消耗及重要设备电能消耗，为节能降耗提供科学指导方案；兼容国网公司所定的规约，实现井上下电网监控、监测有关智能化操作规约的相关技术标准，以融合煤矿井上下电网的无差别监测监控。（3建设内容地面各变电所建设电网监控部分地面监控系统共四个变电所由三部分组成KJF81F矿用一般型电力监控分站、高压开关用ZBT11KC型综合保护器,KJJ156矿用本安型网络交换机（关联UPS不间断电源使用）。将地面110KV变电所、空压机房变电所、回风立井通风机房配电室、风井场地变电所，共10台高压开关综合保护其更换为ZBT11K系列综合保护器，高压综合保护器的RS485总线接口直接接入监控分站，实现远程监控功能；在地面110KV变电所、空压机房变电所、回风立井通风机房配电室、风井场地变电所安装3台KJF81F矿用一般型电力监控分站，接入辖区变电所的高压开关进行远程监测、同时搭建电网监控专用通讯网络，实现变电所通过地面调度中心和分调度中心进行遥控、遥测、遥调、遥视、遥试、电能计量等功能；真正达到变电所无人值班的自动化要求。井下变电所建设电网监控部分井下监控系统共四个变电所由三部分组成KJ3601F矿用隔爆兼本安型电力监控分站、高压开关用ZBT11C型综合保护器,KJJ156矿用本安型网络交换机（关联KDW127/12B矿用隔爆兼本安型直流稳压电源使用）。将井下中央变电所、南翼大巷一号胶带机机头变电所、一采变电所、二采变电所，所高压开关综合保护器共83台更换为带有防越级跳闸功能的ZBT11C系列级联纵差综合保护器，高低压综合保护器的RS485总线接口直接接入监控分站，实现远程监控功能；在井下中央变电所、南翼大巷一号胶带机机头变电所、一采变电所、二采变电所，各安装1台KJ360F矿