礦井供電智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閆光鵬

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，針對(duì)煤礦供電存在的問題進(jìn)行分析，提出了一種智能監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下供電網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。研究了系統(tǒng)的防越級(jí)跳閘技術(shù)，以通信閉鎖的方式及時(shí)切斷故障支路的開關(guān)，防止發(fā)生停電事故。提出以檢驗(yàn)零序電壓與電路相位角的方式判定支路是否發(fā)生漏電接地故障，及時(shí)進(jìn)行故障保護(hù)。對(duì)監(jiān)控分站的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以串口通信與以太網(wǎng)通訊進(jìn)行分級(jí)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信功能，提高了信號(hào)的抗干擾能力。

關(guān)鍵詞：礦井供電;智能監(jiān)控;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)安全、高效的用電要求日益提高，為了適應(yīng)新時(shí)代的要求，國家電網(wǎng)加大對(duì)礦井供電建設(shè)的投入，將更多新技術(shù)和新方法應(yīng)用于礦井供電的智能化建設(shè)，礦井供電的智能化一步步深入到電廠、變電站和配電房，甚至小到配電箱的智能化。傳統(tǒng)的配電箱主要用于用電設(shè)備的控制、配電，和保護(hù)線路的過載、短路、漏電。管理人員無法與配電箱進(jìn)行互動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)靈活控制。當(dāng)前安卓設(shè)備的普及，對(duì)配電箱的操作也更加便捷。人們對(duì)智能用電的呼聲越來越高，逐漸進(jìn)入人們生活的智能用電技術(shù)也受到了廣泛的關(guān)注和重視。良好的配電箱智能監(jiān)控系統(tǒng)包括電能采集計(jì)量、遠(yuǎn)程監(jiān)控、友好的用戶界面等功能。根據(jù)現(xiàn)實(shí)的需求，設(shè)計(jì)了配電箱智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括配電箱終端、云平臺(tái)、手機(jī)APP和上位機(jī)軟件。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取配電箱運(yùn)行狀態(tài)、電能參數(shù)以及環(huán)境溫度等實(shí)時(shí)消息，并上傳至云平臺(tái)。操作人員不僅可以在電腦客戶端上查看相關(guān)信息，進(jìn)行相應(yīng)的控制，還可以用手機(jī)客戶端進(jìn)行相似的操作，這樣對(duì)配電箱的使用功能進(jìn)行了豐富，對(duì)傳統(tǒng)配電箱的不足進(jìn)行了彌補(bǔ)，有效監(jiān)控了用電過程，滿足智能化時(shí)代的配電需求。

1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

供電監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的核心功能包括：①遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及開關(guān)量，對(duì)異常工作狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，將工作信息轉(zhuǎn)換為可視化的數(shù)據(jù)與曲線，通過上位機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)動(dòng)作等;②存儲(chǔ)功能，將設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)磁盤，附帶有時(shí)間標(biāo)簽;③集中管理，對(duì)保護(hù)器的參數(shù)進(jìn)行集中設(shè)置與整定，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置。按照結(jié)構(gòu)可劃分為地面集中監(jiān)控平臺(tái)、監(jiān)控分站層和現(xiàn)場設(shè)備層。地面集中監(jiān)控平臺(tái)提供數(shù)據(jù)服務(wù)功能，負(fù)責(zé)對(duì)供電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與分析;監(jiān)控分站主要實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的就地監(jiān)控、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與地面監(jiān)控平臺(tái)和其他監(jiān)控分站的組網(wǎng)通訊;現(xiàn)場設(shè)備層包括高爆開關(guān)與低壓啟動(dòng)器等設(shè)備，負(fù)責(zé)終端數(shù)據(jù)的采集與處理功能，通過RS485串口通信傳輸入監(jiān)控分站。

2礦井供電智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改造分析

整個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)包括高壓開關(guān)綜保系統(tǒng)、井下數(shù)據(jù)傳輸通訊系統(tǒng)、地面集控平臺(tái)等。其中，高壓開關(guān)綜保系統(tǒng)的功能是對(duì)井下各用電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面保護(hù)，通過對(duì)實(shí)時(shí)采集的供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)的分析研判，能夠判定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)存在故障隱患，會(huì)立即發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào);系統(tǒng)在接收到相關(guān)信息后會(huì)立即操控相應(yīng)區(qū)域電網(wǎng)斷電，確保將故障影響控制在最小范圍。井下數(shù)據(jù)傳輸通訊系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)井下各個(gè)保護(hù)裝置與地面集控平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交換和傳輸，其采用的通訊方式為RS485總線通訊，各分站之間按照國際標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)同類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，在確保數(shù)據(jù)傳輸高效的同時(shí)具備良好的抗干擾性。地面集控平臺(tái)的功能是對(duì)井下各作業(yè)分站進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，并將收集到的數(shù)據(jù)分析匯總后以圖表的形式顯示在監(jiān)控界面，方便井上技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握井下各個(gè)分區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行情況;同時(shí)，集控平臺(tái)還具備遠(yuǎn)程控制功能，允許作業(yè)人員對(duì)各監(jiān)控分站進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

2.2系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議即網(wǎng)絡(luò)（包括互聯(lián)網(wǎng)）中傳遞、管理信息的一些規(guī)范。通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)主要包括管理層網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可采用不同協(xié)議，但必須具備良好的互通性。根據(jù)既定設(shè)計(jì)思路，管理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該協(xié)議模式比較常見，穩(wěn)定性較高，能夠適用于數(shù)據(jù)量較大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);而設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)因設(shè)備多、線路多，容易造成數(shù)據(jù)的干擾或阻塞，設(shè)計(jì)采用一個(gè)主站多個(gè)從站的架構(gòu)，通訊協(xié)議采用RS-485模式，該模式信息傳輸穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)，適用性較好。

2.3高壓開關(guān)綜保裝置作業(yè)原理

選用的高壓開關(guān)綜保裝置由互感裝置、濾波裝置和整流電路等構(gòu)成。作業(yè)時(shí)，高壓開關(guān)綜保裝置借助互感裝置對(duì)供電線路的三相電流、電壓等進(jìn)行監(jiān)控，所采集的交流電信號(hào)再通過濾波裝置轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)，同時(shí)在收集數(shù)據(jù)時(shí)系統(tǒng)也會(huì)自行對(duì)電網(wǎng)絕緣信號(hào)進(jìn)行濾波處理，所有采集信號(hào)轉(zhuǎn)化完成后借助轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。而高壓開關(guān)綜保裝置在接收到數(shù)字信號(hào)后，會(huì)將相關(guān)信息與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)換邏輯予以對(duì)比分析，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)做出判定，從而確定是否進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。整個(gè)高壓開關(guān)綜保裝置配設(shè)RS485總線數(shù)據(jù)端口，可以實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)和保護(hù)裝置作業(yè)狀態(tài)，同時(shí)裝置外套屏蔽外殼具有良好的防爆能力和防電磁干擾性能，可以有效適應(yīng)井下各類作業(yè)環(huán)境，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、可靠。

2.4系統(tǒng)應(yīng)用情況分析

一是空氣壓縮機(jī)運(yùn)行情況穩(wěn)定，壓力數(shù)據(jù)反饋平穩(wěn)，風(fēng)壓供給充足;二是節(jié)能效果充分顯現(xiàn)，實(shí)施變頻改造后，空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行功率和臺(tái)數(shù)根據(jù)實(shí)際風(fēng)壓需求量得到實(shí)時(shí)調(diào)整，最大限度降低了設(shè)備空轉(zhuǎn)或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，減少了人工干預(yù)的停開機(jī)次數(shù)，降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊;三是減少了設(shè)備的無功損耗，能夠降低設(shè)備故障率，延長了設(shè)備使用壽命;四是人機(jī)交互性較好，便于操作，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警并提供處置方案，安全性高。

結(jié)語

設(shè)計(jì)的礦井供電智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下供電網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控;采用防越級(jí)跳閘技術(shù)與漏電保護(hù)技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)采集的精確度，可對(duì)故障支路精確定位，防止事故范圍擴(kuò)大。系統(tǒng)以串口通信與以太網(wǎng)通信分級(jí)組網(wǎng)的方式，減少了信號(hào)傳輸過程消耗的時(shí)間，提高了抗干擾能力，為保護(hù)器的準(zhǔn)確動(dòng)作提供數(shù)據(jù)支持。

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