李双安 LI Shuang-an
（河南能源义马煤业公司跃进煤矿，义马 472300）
（Yuejin Coal Mine of Yima Coal （Group） Co.，Ltd. of HNEC，Yima 472300，China）
摘要： 电力监控系统技术是一个致力于解决煤矿井下供电难题而开发的新技术。本文结合煤矿供电特点及存在问题，对电力监控系统在煤矿供电中的应用进行了探讨。
Abstract: The electrical power monitoring and controlling system is a new technology to solve the problems of the coal mine power supply. Combined with the characteristics and existing problems of the coal mine power supply, this paper discusses the application of the electrical power monitoring and controlling system in the coal mine power supply.
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关键词 ： 探讨；应用；电力监控；智能化设备；煤矿供电
Key words: discussion；application；electrical power monitoring and controlling；intelligent equipment；coal mine power supply
中图分类号：TD611 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）02-0036-02
0 引言
随着计算机及网络技术的飞速发展和仪器、仪表具备通讯和智能化功能，供电系统的设备内部也逐渐具备智能通信和智能操控的单元。智能测控单元具备信号测量和网络化控制功能，并具备在线监测功能。通过优化整合，人们将计算机、通讯设备、智能测控单元采用光纤以太网通讯，完成操作控制、信息采集、设备在线监测等功能，形成庞大的监控网络。本文根据煤矿电力系统的特点，结合2013年10月，义煤公司跃进煤矿安装的一套井下电力监控系统科研项目，探讨煤矿供电系统存在问题和通过矿井电网改造安装电力监控从而解决煤矿供电问题的途径。为建设坚强矿井电网提供可借鉴的经验。矿井电力监控系统作为一种供电管理的辅助工具，主要是通过计算机、通讯设备、测控单元等对供、用电设备进行监控，即为实时采集变配电系统的数据、检测开关状态及远程控制提供组建的平台。换句话就是将井上下各控制开关作为智能化测控单元和信号终端，通过监控分站采用光纤以太网接口与地面主站进行通信，形成电网设备监测网。优点是能够实时监测井下每台设备运行参数，能够实现对井下开关地面操控，能够有助于解决煤矿井下供电的各种难题。
1 矿井供电存在的问题
①越级跳闸。多级辐射状供电模式在我国煤炭企业电网中得到广泛使用，其特点主要表现为：一方面因距离近延伸级数较多和开关分闸要求迅速性、选择性之间矛盾，进而导致各级保护时限无法配合；另一方面不同级别的短路电流因供电系统容量增大和供电线路较短而出现接近的趋势，在一定程度上导致各级保护电流定值无法采用原有的定值级差法配合。②漏电保护问题。煤矿6kV/10kV主供电系统，中性点大都不接地或经消弧线圈接地。当系统发生单相接地时，接地电流工频信号微弱，单一开关保护难以选线，寻找故障线路一般通过人为逐条拉闸方式判断，查找较慢。③电网故障不能快速定位。煤矿企业供电系统庞大，供电设备多有保护测控装置，故障时可产生信号、报告等信息，但缺乏有效手段对这些信息采集、分析和判断，靠人去现场查看往往耗费大量时间。④矿井供电运行信息化程度较低，技术管理手段落后。煤矿供电设备的保护、测控等智能单元型号繁多，保护技术不完善，通讯规约五花八门。井下条件恶劣，操作人员文化素质低，设备误操作引起跳闸常隐瞒不报。越级停电后，下一级失电的开关无故障记录。很多煤矿供电系统在“摸黑运行”，无法及时、有效掌握运行信息。
2 安装煤矿电力监控系统的解决途径
①通过电力监控网对矿井各级开关标注身份编号，监测系统实时采集测控单元信号，采用智能零时限电流保护技术和区域保护原理，通过GOOSE快速报文或硬接线等可靠的联络方式，构成区域保护。当供电系统发生供电短路故障时，短路电流会同时超过上下级开关保护定值，按常规均应跳闸。但下级保护器启动的同时，通过网络向上级保护器发出闭锁信号，使上级开关不动作，只有下级一个开关动作，从而实现防越级功能。②通过电力监控网络收集各线路接地信号，通过监控主机综合信息判断接地故障线路并有效切除。通过监控主机根据不同的运行系统方式，与第二套、第三套保护定值相适用。从而更好地解决煤矿井下电网继电保护的选择性问题。③通过安装煤矿电力监控网，对井上下不同时期、不同批次、不同厂家的保护器进行改造更换后，使得上下级保护统一厂家统一批次，定值易配合。同时可以通过系统使不同地点安装的设备具有统一基准的时间点。④通过地面联网监控主机可以随时查看井下每台开关状态和保护动作事件，便于分析查找事故点和故障处理。遇特殊情况可通过地面修改保护定值参数从而解决井下频繁跳闸，不需专业人员下井就可解决问题，减少影响时间。⑤通过监控主机可以查看每台电气设备运行参数和电度计量，还可对井上下任何开关实现地面远控，有利于供电的安全管理和提高供电运行质量。
3 矿井电网的电力监控构成和实施步骤
根据煤矿供电系统的特点，基于数字网路和自动化技术，矿井电力监控系统可采用如下组建方案。
矿井电网电力监控系统采用三层结构，由电力监控主站、电网监控分站、智能化设备等组成。第一层为电力监控主站，含操作员工作站、网路交换通讯设备、后备电源、打印机等，完成网路，为供电系统提供运行、管理、工程配置界面，并记录站内所有相关信息。操作员工作站设置的监控主机，可进行人机对话。监控主站通过光纤以太网与各变电所监控分站之间构成数字光纤通讯网络。第二层为电网监控分站，置于井上下各变电所变配电点，通过采用CAN、RS232/485/422/Ethernet等标准工业总线，与各开关智能综合保护单元完成数据交互，并按照一定通信规范进行信息传输。第三层为智能化设备，含智能保护单元和智能测控单元。智能保护单元存储设备参数信息及保护事件。智能综合保护单元（微机保护）内部设置双CPU处理器，分为主、从处理器，主处理器主要完成模拟量采集、计算、保护和开关量输入、输出。从处理器主要完成人机对话，信号指示和上位机通信等。
跃进煤矿2013年通过对井下各变电所开关进行智能保护器更换，井下安装监控分站，地面安装监控主站和铺设光纤四个过程完成了井下电力监控系统安装。通过对井下保护器更换，使得各类开关具有统一通信规约，同时通过改造能够利用智能综合器测试每台开关固有分闸动作时间，便于根据实际情况选用不同定值的时间级差，优化定值配置。监控主机两台均采用嵌入式计算机，一用一备。主干网路采用光纤传输，数据传输采用工业以太网加现场总线的结构模式。
4 技术经济分析
在经济上，安装电力监控系统会增加智能保护测控单元、监控主机、网络交换机、通信分站等设备，投资会有所增加。但是采用了光缆联接，节省大量电缆，节省了投资，又便于施工；提高了抗干扰能力，也在一定程度上避免了运行中电缆引发的事故。煤矿安装电力监控系统可以实现对井上下电气设备有效监测和监控，有助于供电系统管理、维护和事故查找，可以实现远距离抄表和井下变电所无人值守，减少人员投入。
5 结束语
无人值守变电站（所）是未来变电站（所）发展的必然方向，煤矿供电监控的应用技术也应该紧跟技术发展潮流，也要逐步投入使用，使煤矿供电向自动化和程序化发展。煤矿电力监控系统研究、安装使用为传统的煤矿供电方式向无人值守方向发展提供工程依据和借鉴的经验，为研究、制定数字化矿山的电力监控部分的推广应用和各种规范制定作好准备。
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参考文献：
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