礦井下無人值守變電所電力監控系統的探討與產品選型

摘要：為了探討地下無人值守變電站的電力監控系統技術，以西山煤電馬蘭礦為背景，詳細闡述了地下無人值守變電站電力監控系統技術的基本參數，如額定工作電壓和整機輸入視功率、交換機或監控站的傳輸口、高壓配電裝置的傳輸口、真空饋電開關的傳輸口、RS485光信號傳輸口、強報警聲、視頻信號輸入口、備用電池參數、模擬量傳輸處理誤差等。

關鍵字：地下；無人值守變電站；電力自動化；監控系統

1研究背景

地下供電是煤礦“六大件"之一，其重要性不言而喻。然而，地下供電系統的安全穩定性一直是困擾煤礦安全的重要因素。煤礦企業本身也采取了許多方法和措施來解決這個問題。國內外學者也對其進行了大量研究。從整個系統的安全性來看，通過分析煤礦地下存在的安全問題，提出了許多可以提高地下可靠性的方法。分析地下供電系統跳閘的原因，提出了防止供電跳閘的監控系統。該系統采用“三位一體"防越系統，可以有效提高整個供電系統的穩定性。

本研究基于馬蘭礦對地下無人值守變電站電力監控系統技術的研究，該技術是在地面綜合自動化技術的基礎上發展起來的，也是一種基于地下實際情況專門針對供電系統的監控設備。地下無人值守變電站電力監控系統技術為地下供電安全提供了保護和監控等功能。地下情況通過可靠的信號反映在井上，使井上技術人員能夠清晰準確地判斷地下供電情況，確保地下供電系統的供電安全。

2井下無人值守變電站電力監控系統技術

2.1額定工作電壓和整機輸入視為功率。

額定工作電壓：AC127V；整機輸入視為功率：≤150VA。

2.2交換機或監控分站的傳輸口

以下是地面MIEN6208工業以太網交換機或同型號電力監控分站的傳輸口。

(1)傳輸口數為2路。

(2)TCP傳輸方式為TCP／IP以太網光信號傳輸。

(3)SC的連接形式。

(4)傳輸速率為10。／自適應100Mbps。

(5)傳輸距離上限。采用MGTSV4B礦用單模光纜，10km(發射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm；光纖接頭總數22個，其中熱熔接頭10個，冷熔接頭10個，活動接頭2個)。

2.3高壓配電裝置的傳輸口

傳輸口(本安)與PBG型礦用隔爆、本安型永磁機構高壓配電裝置(內置ZBT-11高開綜合保護裝置)如下。

(1)傳輸口為2路(P3和P4口)。

(2)傳輸方式主要是從式、半雙工、RS485。

(3)數據傳輸速度為9600bps。

(4)傳輸距離。1km(使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導線截面不小于1.5mm2)。

(5)監控容量上限。本安永磁機構高壓配電裝置(內置ZBT-11高開綜合保護器)可在每個傳輸口掛接8臺PBG型礦用隔爆。

2.4真空饋電開關的傳輸口

以下是KJZ16型礦用隔爆和本安型真空饋電開關的傳輸口(本安)。

(1)傳輸口為2路(P5和P6口)。

(2)傳輸方式主要是從式、半雙工、RS485。

(3)數據傳輸速度為9600bps。

(4)傳輸距離。1km(使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導線截面不小于1.5mm2)。

監控容量上限。每一個傳輸口都可以掛接8個KJZ16R型礦用隔爆和本安型真空饋電開關。

2.5光信號傳輸口RS485

(1)傳輸口的數量為1路。×2纖維(P3口，可改為RS485電傳輸)。

(2)傳輸方式主要是從式、半雙工、RS485光傳輸。

(3)連接形式為單模，SC。

(4)傳輸速度為9600bps。

(5)傳輸距離上限。

采用MGTSV4B礦用單模光纜，10km(發射功率-13~3dBm，接收靈敏度-28dBm；光纖接頭總數22個，其中熱熔接頭10個，冷熔接頭10個，活動接頭2個)。

2.6報警聲強

報警強度不小于80dB（A）

2.7視頻信號輸入口。

1路視頻信號輸入。連接方式：ST。接收靈敏度：-28dBm(單模光信號，光波長1310nm)

2.8后備電池參數

將兩組鎳氫電池串聯起來作為備用電源。電池數量為2節串聯。電網斷電后，備用電池確保設備連續工作時間不小于2h。

2.9顯示范圍

(1)單相電流。0~630A(過流120A)％，ZBT-采集11型保護器)；顯示單相電壓：0~10kV(過壓120kV)％，ZBT-采集11型保護器)。

(2)單相電流。0~630A(過流120A)％）；單相電壓：0~1140V(過壓120V)％）。

2.10模擬量傳輸處理誤差

高低壓保護器的電流、電壓傳輸誤差不大于0.5％（F.S.）。井下電力監測站安裝在馬蘭礦井下變電站、南一下組煤變電站、南翼變電站、南五變電站、麻家口變電站、南七變電站、南六變電站、北三下組煤變電站、北翼變電站。通過實踐發現，井下無人值守變電站的電力監測系統具有以下功能特點:①，具有與上位機雙向通信功能；②，具有雙向通信和高低壓保護器工作狀態顯示功能；③，電流、電壓值用于顯示高壓保護器和低壓保護器采集；④，具有分、合閘狀態，顯示高壓保護和低壓保護；⑤，具有預告報警和事故報警功能，報警方式為聲音報警；⑥，電力監控分站可與專用遙控器配合使用。通過遙控器控制，可以直接向高低壓保護器發送指令信息。現在，上述所有變電站都可以在電力調度中心實現遙控、遙控、遙信、遙控和遙視。

3應用情況及效益分析

3.1應用及經濟效益

該系統為實現無人值守變電站奠定了基礎。每天節省15人左右的勞動力，人均每天200元，每年節省1095000元的勞動力成本。同時，監控系統是一次性投資，長期使用。

3.2社會效益

該系統經過調查、設計、現場使用和多次改進和完善，達到了預期的設計目標，大大提高了供電系統的運行質量，為礦井安全生產提供了有力保障。

(1)減少員工，提高效率。實現井下變電站無人值守，每一個變電站都能節省一半以上的用工。

(2)故障可以及時發現。通過該系統的語音報警、視頻監控和界面顯示，可以及時發現故障點和類型，方便現場值班維修人員及時處理，減少了事故處理時間，提高了礦山供電的安全性和可靠性。

(3)方便電量統計和系統運行分心。通過查閱、打印電量和運行報表，分析供電系統的運行情況，為提高供電管理水平提供依據。

(4)提高安全意識，避免違章操作。采用地下電力監控系統，規范各種電氣試驗、檢查操作程序，并有詳細的記錄備查，提高現場人員的安全意識，有效避免違章操作。

(5)可以實現快速故障診斷，保證控制的實時性、確定性和可靠性。

4推廣應用前景

該系統為井下供電系統提供了各種保護、監控和控制功能，通過可靠的井上和井下通信，將監控和控制延伸到地面電力調度中心，使地面值班人員能夠清楚地了解井下電網的供電情況，將井下固定值班方式轉變為少數人的檢查方式。自從馬蘭礦各變電站安裝了井下電力監控系統后，供電更加穩定可靠。為實現井下變電站無人值班奠定基礎。

5安科瑞產品介紹

5.1概述

Acrel-2000電力監控系統是安科瑞電氣有限公司根據電力系統自動化和無人值守的要求，為35kV及以下電壓水平開發的分層分布式變電站監控管理系統。該系統是一種開放、網絡化、單元化、組態化的系統，應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監控、控制、通信等多功能于一體。適用于35kV及以下電壓水平的城市網絡、農業網絡變電站和用戶變電站，可實現對變電站的多方位控制和管理，滿足變電站無人值守的需求。

5.2系統結構

Acrel-2000電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層:站控管理層、網絡通信層和現場設備層。組網方式可以是標準網絡結構、光纖星網絡結構、光纖環網網絡結構，組網方式可以根據用戶用電規模、用電設備分布、占地面積等信息綜合考慮。

圖5電力監控系統組網方式

實時監控；詳細電參查詢；操作報告；實時報警；歷史事件查詢；

電力統計報告；用戶權限管理；電力質量監測‘’Web訪問；APP訪問；

5.3相關產品

6結語

綜上所述，井下電力監控分站和井下無人值守變電站電力監控系統安裝在馬蘭礦井下變電站、南一下組煤變電站、南五變電站、麻家口變電站、南七變電站、南六變電站、北三下組煤變電站、北翼變電站。該電力監控系統為井下供電安全提供了保護和監控功能，通過可靠的信號將井下情況反映在井上，使井上技術人員能夠清晰準確地判斷井下供電情況。

參考文獻

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[3]智能電網用戶端電力監控/電能管理/電氣安全（產品報價手冊）.2023.01版

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