煤矿供配电系统智能化改造

                                                                                             煤矿供配电系统智能化改造

                                                                                                                                                    设计单位：

                                                                                                           二〇一八年八月

                           煤矿现有供配电情况

1供配电子系统

 1.1地面10KV变电所供电现状

地面10KV变电所配电柜如下表：

地面10KV 回风斜井变电所：配有10面高压配电柜（配电柜用途不清楚，形状与地面10KV变电所配电柜相似），型号：XGN2-12,无保护，无通讯，厂家：上海穆勒四通电气设备有限公司。

2.1.1 井下变电所供电现状

井下变电所高低压开关如下：

井下变电所配有甲烷传感器1个，型号：KGJ16B,厂家：天地（常州）自动化有限公司。1台温度传感器，型号：GW50，厂家：中煤科工集团重庆研究院。1台一氧化碳传感器，型号：GTH500（B）, 厂家：中煤科工集团重庆研究院。1台摄像仪。圆壳手动机械式开关（馈电开关、磁力启动器、照明开关）不纳入此次系统改造

   改造标准2供配电子系统

  2.1概述

随着煤矿生产过程的自动化、信息化建设步伐的加快，对煤矿供电系统科学管理的要求提到了一个新的高度。现今随着采煤机械化程度的提高，煤矿供配电系统运行的可靠性和合理性越发显得十分重要。依靠智能型综合保护装置，建立一套完善的电力监控系统，来保证井上、井下电网的安全运行，实现供电的移峰填谷是非常必要的，能够给煤矿带来巨大的社会和经济效益。

  2.2监控范围

为了完善管理人员对高压供电系统的管理、监督手段，提高供电质量，提高电力设备的利用效率，提高生产的安全水平，防止误操作造成的事故，实行变电所无人值守或少人值守，决定建设电力监测监控系统，需要对井下1#变电所、五采变电所、泵房进行监控。对变电所内开关实现远程控制、保护、测量、通信、事件记录，实现“遥测、遥信、遥控、遥调，实现无人值守功能。便于各级工作人员及时掌握、管理和控制变电所的供电情况，提高矿井的生产和安全水平。

  2.3 地面10KV变电所监控系统方案

（1） 总体设计

经过充分论证，矿用电力监测监控系统选用以太网为基础构建通信网络，采用现场总线和宽带网混合的方案。采用二级分层分布式网络结构，变电所内部采用现场总线、变电站之间采用宽带网。网络结构均采用基于集线器的星型拓扑结构，传输介质宽带层为光纤，现场总线层为电缆。变电所内部的设备之间为两芯双绞线，减少大量的二次接线。各变电所设备相对独立，仅通过光纤通信网互联，取消了原本大量引入主控室的信号、测量、控制、保护等使用的电缆，节省投资，提高系统可靠性。

变电站内部网络也采用分布式、开放式的设计，组态完成站内监控功能，全面提供设备状态监视及控制、保护信息记录与分析等功能。采用此种配置模式，一方面保证了系统整体的可靠性，另一方面，也使得功能选择、配置更灵活、更合理。

监控系统采用工业以太网加现场总线的结构模式。主干信道是以光纤太环网到变电所，通过网络交换机的数据接口将变电所开关数据接入主传输系统；在变电所内安装电力监控站，采用现场总线RS485方式采集变电所开关设备的运行参数和状态，实现就地集中数据监测和设备控制的功能，主站对采集到的信息进行处理，集中上传到系统主机。

系统后台将来可以网络方式将数据传输到全矿调度综合平台，实现数据共享和网络发布。

变电所内开关设备的运行参数和状态通过综合保护单元采集并输出，电力监控站和开关综合保护单元之间采用RS485，变电所的电力参数数据通过以太网传输到电力监控系统后台。电力监测监控系统要求系统内设备的信息可充分共享，并通过远程通信接口实现与外部系统的信息共享。构建一个快速、稳定、可靠和富有弹性的通信网络是系统的基本要求，也是整个系统运行管理自动化的根本前提。

（2） 系统功能

系统建设完成后，井下各变电所或集中配电点实现无人值守。正常停送电时，由需要停电单位办理申请票及工作票到机电集中控制中心办理停送手续。停电检修馈出线路或下级开关时，在办完相应停送电手续后，由机电运转集控室值班员在上位机上断开相应开关断路器，并在上位机上电子闭锁（上位机上进行电子闭锁后现场无法正常送电），检修项目安全负责人联系机电集中控制室停电后，到相应停电开关处将断路器小车退至试验位置，在操作手柄上挂“有人工作、严禁送电”。检修完成后，到相应停电开关处取下操作手把上挂“有人工作、严禁送电”，将断路器小车推至工作位置，由检修项目安全负责人联系机电集中控制室内值班员取消上位机上电子闭锁，合上相应开关断路器，恢复送电。实现“四遥”及电量统计、故障统计、历史数据曲线显示、远程整定，电子工作票、电度报表根据设置自动生成打印等多项功能)。

系统应能远程做试验保护操作，自动生成漏电、短路试验等的记录，并方便导出和打印。

（3） 系统实现的主要功能

? 数据采集与处理，实时采集模拟量、开关量、数字量、温度量、脉冲量以及各类保护信息。实时数据处理，可以对实时数据进行统计、分析、计算。例如通过计算生成电压合格率、负荷率、有功功率、无功功率、电流、总负荷、功率因数、电量日/月/年最大值/最小值及出现的时间、日期、电能分时段累计值、数字输入状态量逻辑运算值等。设备正常/异常变位次数并加以区分等，统计计算支持丰富的表达式等。

? 通讯网络采用总线拓扑结构，接口提供以太网、RS485、RS232等通讯方式，通讯介质采用双绞线、光纤等，通过通信接口装置实现远方通信。

? 报警处理，报警处理分两种方式，一种是事故报警，另一种是预告报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号。后者包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限/复限、计算机站控系统的各个部件、间隔层单元的状态异常等。

? 事故报警

事故状态发生时，公用事故报警器将立即发出音响报警（报警音量可调），液晶画面上用颜色改变和闪烁表示该设备变位，同时屏幕显示红色报警条文，打印机打印报警条文，远动终端设备向远方控制中心发送报警信息。

事故报警通过手动或自动方式确认。每次确认一次报警，自动确认时间可调。报警一旦确认，声音、闪光立即停止，报警条文颜色变色，声音、闪烁停止，报警信息保存。

第一次事故报警发生阶段，若发生第二次报警，可以同样处理，不必覆盖第一次。

报警装置可在任何时间进行手动试验，试验信息不予传送、记录。

? 预告报警

预告报警发生时，其处理方式除与事故报警处理相同外，音响和提供信息颜色可区别于事故报警。能有选择地向远方发送信息。

设备在检修调试时，闭锁检修单元的开关量动作信息。

? 事故追忆

重要的遥信变位、保护动作发生时，系统自动启动相关的测量数据的记录，供系统将来进行事故追忆用。

? 事件顺序记录、事故追忆、通道故障监视、系统对时、画面拷贝、动画、趋势显示、保护定值管理功能。 

? 通过测控装置、保护装置及其他相关的智能设备完成遥控、遥信、遥调、保护定值的远方修改整定等。

? 控制功能，具备就地/主站/远方三级控制，带必要的安全检查和防误闭锁。完成对开关、刀闸的控制；主变分接头的调节；保护功能压板的投退；信号复归以及设备的启停等控制功能。

? 一键快速送电功能当井下异常出现供电大面积停电，地面操作人员可以按照井下的供电需求，各级关系的闭锁等级，自行选择，只需一键，就可以达到想要的最佳效果。

? 用户管理功能，对不同用户可设置不同管理权限，以确保系统的安全性。系统可根据用户授权自动允许和禁止其对系统的某些操作，用户可以键入唯一的用户标识和口令进入系统。一旦用户登录到系统后，系统将根据其授权范围，禁止其对不属于其授权范围内的对象的操作和控制，并对用户在其授权范围内的对象的各种操作进行计录。

? 在线统计计算，对一些无法实测的量，可通过系统计算得到；可产生相关物理量的统计计算值，供系统产生各种运行报表。

? 画面显示和打印，提供功能强大、使用简洁的图形系统，可将系统信息以图形画面、曲线、趋势图、报表等多种形式表示，并支持打印。支持信息的WEB服务。显示器上显示的各种信息将以报告、图形、声光等形式及时提供给系统管理人员。

? 报告显示

报告显示内容包括报警、事故和正常运行所必要的全部数据。报告内容有状态变化、控制操作、测量值、测量值越限、系统设备异常信息等。显示信息将按其发生的先后时序进行，显示条文的内容包括检测时间、设备名称、状态变化内容、实时数据等。

? 图形显示

图形显示分为历史曲线、实时曲线、电压棒图等。图形由图形元素、对象标号、特性参数、文字和便笺等组成。

? 电气主接线图

可以通过“漫游”或“分幅”的方式显示变电所电气主接线图或局部接线图，并按不同的详略程度分两层显示，内容包括出线、母线及其有关的断路器、隔离刀闸、主变压器、电容器、所用变等，并可表示运行状态，测量参数：P、Q、COSΦ、V、A、F、分接头档位位置及所选择的“远方/就地操作”的位置在有关的远方/就地各处分别显示。

以移屏和分幅显示方式显示变电所直流系统、所用电接线图。

运行人员或工程师通过键盘交互输入的方式，可以在线编辑各设备的运行、检修等工况报告。对这些报告可以进行修改、检索、显示、打印。

? 保护设备配置图

图中能表示出各套保护设备的投切情况、整定值等。

? 定时报表

变电所内运行的实时信息按运行需要的时间间隔记录并按报表格式显示。

? 日报表

按变电所要求的日报表格式表示全天运行的实时数据的统计值，并能查一周内的报表。

? 月报表

以全月变电所的负荷数据记录及断路器操作记录构成月报表。月报表在月末形成，并能查询一年内的月报表。

? 年报表

按全年变电所的分月报表数据记录构成年报表，年报表在年末形成，并能查询二年内的年报表。

趋势曲线

对指定测量值，可按特定的周期采集数据并予以保留，保留范围为七天，并可按运行员选择的显示间隔和区间显示趋势曲线，同时画面上还可标出该测量值允许变化的最大、最小范围。每幅图可按运行人员的要求显示某一个测量值的当前趋势曲线。

综合自动化系统配置及状态图

系统配置可直观显示系统各模块运行状态和网络通讯状态。

系统的自诊断和自恢复提供系统硬件和软件的自诊断和自恢复功能，保证系统的整体安全性。对系统数据库和保护定值、功能模块进行维护；提供远方诊断功能。

系统维护功能对系统数据库和保护定值、功能模块进行维护；提供远方诊断功能。

数据库维护：用交互方式在线对数据库中的各个数据项进行修改的增删，可修改的内容为：

各数据项的编号

各数据项的文字描述

对数字量的状态描述

各输入量报警处理的定义

测量值的各种限值

测量值的采集周期

测量值越限处理的死区

测量值转换的计算系数

数字输入量状态正常、异常的定义

电能量计算的各种参数

输出控制的各种参数

保护设备的定值设置

功能维护：自动控制功能的启动停止，对各种应用功能运行状态的监测，各种报表的在线生成和显示画面的在线编辑。

与其它计算机、服务器系统通讯。系统通过网关与其它设备接口，接口方式采用数字式。实现多种功能自动监控系统的融合。

系统可靠性。微机监控系统在工程现场运行具有很高的可靠性。主要设备平均无故障时间大于37000小时，系统总体平均无故障时间大于30000小时,每个单元设备的平均维修时间小于3.5小时。

时钟同步，采用GPS卫星同步时钟保证全系统具有统一的标准时钟，并具备通过远动通信设备接收调度时钟同步的能力。

具备与五防系统连接实现控制操作功能。

具备监控软件上调度大屏功能。

具备远程保护试验功能，能对漏电、短路、过载等保护进行远程试验，并生成试验记录。

（4） 监控性能指标

主机正常负荷率低于30%，事故负荷率低于50%。网络正常负荷率低于20%，事故负荷率低于40%

模数转换分辨率不小于12位，最大误差应满足DL/T 630-1997的要求

模拟量越死区传送时间不大于2s（至主机显示屏）

开关量变位传送时间不大于1s（至主机显示屏）

遥控操作正确率不小于99.9%

开关量信号输入至画面显示的响应时间不大于2s

事件顺序记录分辨率（SOE）不大于2ms

动态画面响应时间不大于2s

整个系统对时精度误差不大于2ms

间隔层保护、测控设备及网络设备的抗干扰性符合以下试验等级要求：

对静态放电：符合GB/T 17623-4-2  Ⅳ级

对辐射电磁场：符合GB/T 17623-4-3  Ⅲ级（网络要求Ⅳ级）

对快速瞬变：符合GB/T 17623-4-4  Ⅳ级

对冲击（浪涌）：符合GB/T 17623-4-5  Ⅲ级

对电磁感应的传导：符合GB/T 17623-4-6  Ⅲ级

对工频电磁场：符合GB/T 17623-4-8  Ⅳ级

对脉冲电磁场：符合GB/T 17623-4-9  Ⅴ级

对阻尼电磁场：符合GB/T 17623-4-10  Ⅴ级

对震荡波：符合GB/T 17623-4-12  Ⅱ级（信号端口）

远动通信技术参数：

误码率在信噪比为17dB不大于10-5

遥信正确率不小于99.99%

遥控正确率不小于99.9%

遥调正确率不小于99.9%

重要遥测量传送时间不大于3s

重要遥信变位传送时间不大于3s

遥控、遥调命令传送时间不大于3s

  2.4 井下变电所电力监控系统方案

（5） 监控范围

根据供电管理现代化建设的需要，对井下中央变电所进行监控。

（6） 建设方案

根据现有的电力监控系统，将再增加一台电力监控分站，安装在井下中央变电所，该监控分站将实现对变电所及泵房内高低压设备的数据采集及处理。最终实现对井下电力监控自动化的集中控制与使用。变电所内的防爆开关综合保护器用RS485总线通讯方式进行联网，电力监控站对采集到的信息进行处理后通过工业以太网集中上传到系统主机，通过后台系统主机对各个变电所的高压开关柜实现远程遥测、遥控、遥信、遥调等功能。

在地面配备一套电力集控系统软件，安装在地面运转工区的上位管理机上。

井下电力监控分站数据经过矿井工业环网上传至地面电力系统上位机及综合自动化平台，综合自动化平台通过相关处理可在调度室查看其相关数据。

文章来自电力微机保护网