煤矿无人值守电力监控系统的设计分析
吴红磊
摘要：此系统主要的功能是对矿井供电网络和用电设备的监控、停送电管理，同时对煤矿井下供电系统和高低压设备的实时不间断监测、地面远方操作、运行数据统计分析、保护动作记录、井下各用电单位电度计量；并通过系统数据对比，提前排查出供电系统存在问题，有效防止供电事故的出现。具有煤矿井下电力系统事故性质、地点和原因监控能力和手段，当发生煤矿发生瓦斯超限突出等事故时，系统会按照瓦斯电闭锁预案进行远程操作，避免安全事故发生；该系统具有精确计量、电参数数据处理工具、故障波形分析工具和现代故障诊断系统，是信息化高效矿井井下供电系统现代化管理手段，可实现煤矿供电网络和用电设备的系统自动化监控管理。
关键词：在线监测；远程控制；数据分析；电量管理
1系统概述
2012年平煤股份六矿对现有电力系统进行了一次比较彻底的改造，此次改造涉及面广、影响范围大，是在原有工业环网基础上，对所有涉及的井下变电所内高、低压开关进行改造，采用以太网传输至地面监控中心，实现地面对井下远方供电系统监测控制，此次要求对山南地面变电所、二水平中央变电所、戊二皮上变电所、戊二下山变电所4个变电所进行全面技改和升级。
此次建设内容包括：将山南地面变电所、二水平中央变电所、戊二皮上变电所、戊二下山变电所数据信息接入目前使用的电力监控管理系统；实现对上述变电所的视频监控；实现对上述变电所的环境监控，包括对变电所内出入人员、变电所环境温度、变压器温度、变电所内烟雾等的在线监测。
2原有供电系统概述
我矿井下高压开关共计198台，其中131台为电动操作机构，53台为手动操作机构，但内置保护器可靠性低、性能落后，且各种规格型号繁多，本次系统将所有井下高爆开关内保护器全部改造为具有网络通讯功能的新型保护装置，具备实现供电自动化的条件。井下低压开关共计306台，低压开关内置保护器可靠性低、性能落后，且各种规格型号繁多，本次系统将所有井下低压开关内保护器全部更换，更换为新型保护装置，具备实现供电自动化的条件。其中44台为手动操作机构，无法实现远控操作，需进行开关更换，开关具备条件后，更换为新型保护装置。照明综保不具备电动合闸机构，待矿更换成智能型开关后，进行更换新型保护装置。建立集图像采集、控制为一体的多媒体监控系统，实现对各个变电所进行图像监控和摄录，通过本系统实现对各个重要场所或部位进行全面监视。
3自动控制系统架构
地面远程控制中心：在调度室设置矿井供电系统调度中心，对煤矿井下供电系统运行情况进行远程监测和控制，实时储存高低压设备综合保护器的全部数据，具有四遥功能。设备包括监控主机、备用主机、操作员站、打印机、UPS、工业光纤交换机、机柜及相关辅助材等。
通讯平台接入：根据我矿交换机所在位置均在变电所内，分别在本变电所内设置矿用本安型KJ326-F1数据传输分站和不间断本安电源箱，分站提供多个以太网光口和以太网电口，分站与交换机之间采用矿用阻燃护套网线通过以太网电口传输。通讯分站下行直接接保护装置，具有本安型CAN和RS485接口，新保护装置具有本安型CAN和RS485接口。
工业千兆以太网：地面服务器有一台交换机、矿井光纤主通讯环网、经过100/1000M工业以太网，将井下变电所监控分站的实时监测监控数据上传至地面服务器，地面服务器控制命令经过环网发送至井下变电所监控分站，实现地面与井下供电数据实时互换。电力监控系统结构如图1所示。
4系统功能
（1）确保供电的可靠性，有效防止短路引起的越级跳闸问题。
（2）实现井下供电系统的四遥功能、具有监测、故障波型记录、故障点位置确定等功能。
（3）系统可实现高低压用电设备保护装置联网，实现各项电参数保护功能，确保高压供电不发生越级跳。
（4）实现矿井供电网络，供电设备参数在线监视、状态记录、故障报警。
（5）实现供电网络重要线路的远方停送电操作、设定整体操作。
（6）实现井下供电系统电量远方统计、分级、分类计量。
（7）实现煤矿供电网络运行状况和参数、运行历史曲线不间断监视。
（8）实现对矿井供电设备运行数据实时采集、分析。
（9）实现供电网络参数及数据网络授权和分级用户共享。
（10）采用红外线对保护器参数进行调整，供电设备可不停机运行。在矿井恶劣环境下确保综合装置运行正常。计量精度高，达到国家相关高级别计量标准要求。
5软件集成平台
（1）监控系统平台使用Windows XP系统，同时实现多个功能方式，系统采用最可靠的网络防护功能（硬件防火墙、杀毒软件），采用不可逆的系统数据广播功能，确保系统在任意状况下都不会被外部网络入侵。
（2）主界面友好人际机界面，不间断提供井下供电系统的状况和各种参数。
（3）主界面与子系统可自由切换，各个子功能都有实时显示、图型画面、自诊断画面。
（4）各个子系统都有不间断数据及曲线、运行状态储存、故障储存等功能。
（5）采用动画图像、警示窗口、声光报警将各种故障及非正常信息及时传递给地面操作人员。
（6）为防止误操作，进行远程设备操作时须进行授权确认，系统对操作过程进行全程对比一旦发现不一致可限制操作，有效防止误操作和违章操作，同时报警。
（7）系统具有监控参数、事故数据、设置参数、统计数据、技术数据等数据库，可实时查看，任意时刻、类型的参数及数据。
（8）系统可由使用者更改监控画面的参数布局，更改井下供电监控对象与地面监控画面图形的链接。
（9）系统对于不同的操作者设置不同的权限，并对操作过程全程记录。
（10）系统具有完善的工具可根据用户需求生成各种类型的图形和曲线，便于对供电系统运行状况进行分析判断。
（11）对于需要长期保存的重要数据，系统可提供接口将数据导出刻盘。
（12）系统具有自诊断功能，每个子功能均有自我诊断界面，可自行给出故障的位置，并根据运行状态给出相应的操作方案。
（13）监测参数和数据可通过煤矿局域网传送到其他管理者，实现网上数据互换及共享，并对不同的用户授予不同的权限。
（14）接入六矿综合自动化系统中，能够在矿局域网内各个办公室随时查看。
6结语
此电力监控系统的使用在中平能化集团六矿是首家，现场运行结果表明，该系统可以适合各个煤矿的需要，该设备完全可以通用。中国平煤神马能源化工集团有限责任公司六矿电力监控系统首次安装试运行一年来安全可靠，并且完全满足中国平煤神马能源化工集团有限责任公司六矿综合自动化、信息化远程控制的需求，为此电力监控系统在中国平煤神马能源化工集团有限责任公司六矿应用成功后可向全公司推广减少中国平煤神马能源化工集团有限责任公司的生产成本、提高生产能力、早日实现自动化、信息化控制的目标。现在我们煤炭行业正随着科技的发展，而不断通过自动化、信息化提高工作效率和经济效益，为此电力监控系统的应用前景十分广泛。
