淺談煤礦井下電力監控系統的應用研究

更新時間：2023-04-23

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胡冠楠

安科瑞電器股份有限公司上海嘉定

摘要：主要介紹了應用煤礦井下電力監控系統的重要意義，并對煤礦井下電力監控系統的主要原理和基本構成做了簡要介紹，并從隔爆監控單元設計、通信協議設計和組態監控系統設計等方面提出了電力監控系統的設計方法，希望能對相關從業者提供參考和借鑒。

關鍵詞：電力監控;煤礦井下;應用;

在礦井下進行施工，時刻需要消耗電能進行基本的操作維持和設備運行，因此，煤炭企業要保證井下施工中的電力供給系統的安全，并保障施工人員在電力環境下的施工安全。由于煤炭企業井下電力系統需要依靠復雜的電線網絡支撐，并根據使用的狀況進行內部的調整，提供長時間的穩定電壓和電流，所以要監控井下電力系統。

1.煤礦井下電力監控系統的組成和功能

1.1煤礦井下電力監控系統的組成

煤礦井下電力監控系統需要依靠復雜的電線輸送系統和電腦控制系統構成，才能實現網絡傳輸對電力系統的安全控制和監督。而煤礦井下電力監控系統主要由地面部分、井下電力監測站點和防爆高低壓開關構成。地面部分需要使用狀況良好的計算機保證基本的運算和數據收集，并為監控系統提供實時的信息記錄，還需要地面交換機來保證信息的及時輸送和傳譯山，能夠將地下傳送的信息轉化成有效的信息進行監控系統內部的傳輸，還需要穩定的網絡設備，保證監控系統處于有效的網絡下，才能實現信息在設備之間的傳輸和信息的運算分析，此外，還需要打印機保證信息的轉換和收集。而井下站點需要通訊服務器、供電設備和光端設備，幾種設備組成信息的收集和傳輸網絡，并由供電設備提供地下監控系統需要的電力資源，保證各設備的正常運作。監控系統主要的構成部分是防爆高低壓開關設備，主要依靠這一設備實現對電力網絡的控制，主要由通訊服務器、防爆箱和斷路器組成，能夠實現對電力系統的監控和調節。

1.2煤礦井下電力監控系統的主要功能

煤礦井下電力監控系統可以實現電力系統的信息收集，不斷更新和記錄電力系統中的模擬量、狀態量和脈沖量，采集電力系統中的信號信息，并實現數字化的信息傳遞，將有效的信息通過地下站點、地面部分和防爆高低壓開關構成的網絡輸送到監控系統中[2]。通過對收集到的信息的解讀和分析，煤礦井下電力監控系統能夠判斷電路的使用狀態，并對可能出現的安全問題進行預警分析和數據計算。同時，系統還能夠實現數據記錄和信息留存功能，將收集到的信息存儲在設備的硬盤中，并提供相應的查詢支持。通過記錄信息，監控系統還能進行電力分析模擬，將記錄中的信息輸送到構建的模型中獲得相應的預警信息。當設備出現故障和問題時，系統還可以通過自身的信息收集能力和數據存儲能力將出現問題時的數據記錄在存儲裝置中，以便日后分析解讀，并通過對存儲數據的分析提供相應的預警報告。此外，煤礦井下電力監控系統還具備一部分通訊設備，能夠實現各個站點之間的連接，并通過將信息輸送到操作人員的電腦系統中實現人機的互聯，操作人員能夠收到監控系統實時傳輸的信息數據，并根據數據信息判斷電力運行的狀態和井下施工的狀況，并對監控系統和煤礦設備進行調整，確保施工人員和施工設備的安全。煤礦井下電力監控系統能夠提供及時準確的信息，并為管理人員提供相應的管理權限，管理人員還可以查看以往的錯誤記錄和信息分析報告。系統還能夠為電力系統和監控系統自身提供備用的電力能源，以便應對可能發生的緊急情況實現的安全保障。

2.煤礦井下電力監控系統的構成原理

煤礦井下電力監控系統主要依靠網絡信息傳輸和運算實現電力監控系統設備之間的連接，并通過計算得到的信息控制電力系統。防爆高低壓開關設備能夠對電力系統的開斷進行控制，并收集電力系統中的電壓電流信息和應用數據，并將信息回傳，通過地下站點將信息傳遞給地上的控制點，在這一過程中，收集到的信息要經過不斷的加工和分析，并最終將有效的、可讀的信息傳遞給地上的管理操作人員。管理操作人員借助電力監控系統提供的信息分析井下施工的狀況，并指揮人員進行下一步操作，控制電力系統和煤礦設備的工作狀況。

3.煤礦井下電力監控系統的設計和應用

3.1煤礦井下電力監控系統隔爆監控單元設計

煤礦井下電力監控系統中的井下站點要實現信息的中轉和傳輸，將井下收集到的信息進行集中，并轉化為易于接受的信息傳遞給地上的信息收集處，是監控系統中的重要節點和轉換點。通過外部電力能源的供電，地下電力監控系統的各個組成部分和設備才能夠實現正常的運作。通過設備中裝配的信號傳輸設備和傳輸協議，可以構建基本的電力監控系統的傳輸方式。通訊設備主要由編程控制器、通訊模塊、以太網模塊、光纖模塊、人機界面、開關電源等成分構成，將收集到的信息遠程傳輸給地面的站點和信息收集系統，并通過一系列的信息轉化和解碼編程，實現煤礦井下電力監控系統的有效信息傳遞和控制。

3.2煤礦井下電力監控系統通信協議設計

為了實現煤礦井下電力監控各系統的高效信息傳遞，需要對系統中的信號信息進行編程，建立的信息信號，并采用高質量的設備防止信息的誤傳和漏傳。對信息信號采用的編碼和解碼方式，能夠為信息的高質量傳輸提供可能。大多數信息傳輸信號都采用編程的方式傳遞信息，并運用十六進制的方式儲存信號信息。其中，主要通過開始字、地址字、校驗字、結束字實現信息的編碼和控制，在編程的過程中嚴格按照計算機語言進行信息的記錄和傳輸。在開始字的開頭要采用統一的十六進制的編碼，以便信息在傳輸設備和站點之間的識別和確認。而地址字則要采用準確的記錄方式，確保信息地址信息的有效傳輸，并在信息的傳遞過程中不斷增加地址位置信息，實現網絡間的互傳，在最終到達管理者的設備時，能夠將編程和代碼逆向解讀出來，實現信息的可讀性。校驗字是為了確保信息的標準和監控系統內的傳輸設置的識別信息，通過校驗碼能夠實現設備內部的傳輸。而結束碼是信息結束的標志，能夠為設備的解讀系統提供基本的信號信息，指明該條信息傳輸的信號已經結束，為信號解讀提供便利。

3.3煤礦井下電力監控系統組態監控系統設計

通過井下電力監控系統的分析，井下電力監控系統主要依靠網絡傳輸協議將信息傳遞給各個站點，并最終將信息分析呈遞給系統的操作和管理人員。因此，要對電力監控的網絡進行設計，設計符合基本認知的操作系統和傳輸代碼，并在實際操作中應用。

4.安科瑞電力監控系統產品介紹與選型

4.1概述

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

4.2應用場所

辦公建筑（商務辦公、國家機關辦公建筑等）

商業建筑（商場、金融機構建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）

科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）

交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）

廠礦企業建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發電、風能發電等）

4.3系統結構

Acrel-2000Z電力監控系統釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。