黄陵二号井电力监控系统方案05.docx
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黄陵二号井电力监控系统方案05
黄陵二号煤矿电力监控系统
技
术
方
案
天地（常州）自动化股份有限公司
煤炭科学研究总院常州自动化研究院
2009年8月
一、概述
黄陵二号井煤矿为提高煤矿信息化、自动化管理水平，减少供电管理部门电力故障处理工作量，缩短电力故障引起的停电时间，实行井下变电所无人值守或少人值守，需要对井下变电所（一期）进行电力监控改造，装备一套矿用电力监控系统，将其接入全矿井综合自动化系统，实现信息共享，同时在供电工区装备监控主机，进行电力管理。
矿用电力监控系统具有供电状态监测、电力参数监测、远程综保参数整定、故障报警、故障记录、遥控断电、遥控上电（需防爆开关配合）等功能。
二、KJ36A煤矿电力监控系统遵守的技术标准
《煤矿安全规程》（2006年版）；
《煤矿安全装备基本要求》；
《煤矿监控系统总体设计规范》；
《煤矿监控系统中心站软件开发规范》；
《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》（GB3836.4）；
《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》（GB3836.1）；
《煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件》（MT209）；
《设备可靠性试验》（GB5080.1～7）；
《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》（GB4859-84）；
《监测监控质量标准化实施标准》
三、KJ36A电力监控系统设计原则
1先进性
充分利用计算机网络技术和先进的通信、控制方式，建立一套技术先进、功能完整、管理简便的煤矿井下电力监控系统。
该系统具有多种通讯接口，充分考虑系统的扩展和兼容。
2实用性
满足用户的业务需求，具有监控信息收集、处理、查询、统计、分析等功能，实现煤矿供电系统的远程监控和井下变电所的无人值守。
系统既可以独立运行也可以采用OPC方式与全矿井自动化监控系统连接。
3可靠性
在硬件设计、选型，软件环境和应用系统的建设中充分体现系统在特殊环境下使用的可靠性。
4经济性
在考虑供货商的资信度和维修服务能力的基础上，设备的选型与配置遵循性能价格比最优的原则。
5扩展性
预留硬软接口资源，便于电力系统扩展，以后增加变电所监控时，只需增加相应的硬件设备，系统软件设置一下即可。
四、KJ36A煤矿电力监控系统的功能特点
（一）、系统实现的主要功能
1、实时供电状态监视功能
（1）地面主机实时显示并监测开关设备的运行情况，在一个界面上按顺序排列同时显示各个变电所的每一台开关的运行情况，用户通过操作可以直观的观察到设备的实时电压、工作电流及开关分合闸状态等电力参数。
（2）可对各个变电所的开关进行实时数据分析，用动态直方图表示各开关的电压变化、电流变化情况。
2、预警报警功能
能动态的显示越限、故障报警，工作人员可随时掌握电网运行状态，发生越限、故障时，系统能发出声音报警，同时在报警信息窗口显示其报警类型、报警状态、报警时间等，并可通过选配组件实现语音报警。
3、远程控制功能
（1）地面监控中心站通过监控网络对井上、井下变电所和设备的远程控制操作，实现井上、井下设备和供电系统无人值守，集中控制；
（2）获得授权的人员可通过监控网络对供电系统的配电装置实现远程停送电操作。
4、查询功能
（1）故障报警记录查询：
可分时段对监控设备进行故障记录查询，用表格形式列出需查询时间段的所有报警记录，包括报警设备、报警参数、报警时间、报警类型、报警内容及值班员等；
（2）可对各个监控开关的历史数据按时段进行查询，用曲线表示，如电压曲线、电流曲线、负荷曲线等；
5、管理功能
（1）系统管理功能：
提供修改密码、修改用户权限、登陆系统及锁定系统菜单，管理者通过该功能设置用户使用权限，实现安全管理；
（2）提供开放的数据接口，可以根据用户要求提供“供电安全监控系统”数据库或者WEB模式的数据接口；
（3）数据库管理：
采用实时数据库技术，满足系统数据的实时读取与访问。
（二）、系统软件主要功能
系统软件具有主备双机热备运行功能。
运行系统软件的工控机接收井下监控站上传的电力线路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、用电量等电力线路运行的实时数据和开关运行状态信号；对开关分、合闸状态和开关运行中分、合闸操作、过流、断路、过压、欠压、漏电等保护跳闸的事件进行纪录。
并通过组态软件对这些数据进行统计、归类、存贮、处理，形成电力系统运行的动画模拟图；实时数据、历史数据、运行事件、设备整定值数据表；历史趋势曲线、直方图、操作记录和用电量日报表、月报表等。
在系统主机上进行操作，通过网络下达指令，可以修改井下通讯分站运行程序、保护器定值整定；可以对开关进行分、合闸操作和故障跳闸后信号复归操作等，实现对整个电力系统的监控。
系统可以接入矿上的局域网或因特网，具有使用权限的用户可以通过网络观看系统的运行界面，查询数据和进行各种操作。
1、系统生成及实时修改功能
（1）能对系统所测控设备的名称、安装地点进行定义。
（2）完成系统中所接监控通讯分站的定义。
（3）完成系统中所接综合保护器名称、安装地点、单位、测点性质等参数的定义。
（4）完成系统中图形画面的定义。
（5）完成系统中监测数据报表的生成。
2．数据采集功能
（1）主机实时采集各监控通讯分站传送来的数据，并进行实时处理。
实时数据包括：
电力系统每个回路的电压、电流、零序电压、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数、绝缘电阻、用电量等参数（需要保护具有各个数据上传功能）；
（2）监控站对所接综合保护器进行实时巡检，并及时地把采集到的数据传送到监控主机；巡检周期不大于3秒。
3．监测控制功能
（1）对高压配电装置终端保护器远程分、合闸操作。
（2）对高压配电装置终端保护器电力参数实时监测。
（3）对高压配电装置终端保护器额定参数远程、就地设定。
（4）对高压配电装置终端保护器运行状态、故障状态实时监视。
4．图形显示及显示方式
（1）各被测量的瞬时值和历史记录显示。
（2）监控站巡检及传输系统故障状态显示。
（3）主要被测参数的实时、历史负荷曲线、电压曲线、电压棒图、负荷棒图显示。
（4）模拟图形显示。
（5）数据报表显示。
（6）实时时钟显示。
（7）测控设备的通、断电状态显示。
（8）系统通过远程数据通讯在地面以如下方式实时显示井下被测参数的变化。
（9）列表显示模拟量参数、地点、单位、测量值。
（10）各种模拟量实时曲线和历史曲线显示，在同一屏上可显示三个测点模拟量曲线，并设有时间标尺。
5．异常处理记录
综合保护器故障时音响报警；并在事件记录中记录故障值。
主要有开关变位告警、保护动作告警、电压电流越限告警、模拟量越限告警等。
6．报表及曲线打印、显示
（1）日报表自动打印。
（2）故障统计打印。
（3）主要设备运行时间打印。
（4）主要参数曲线和报表打印。
（5）随即召唤打印。
7．信息存贮与调用
（1）实时数据存储与调用；
（2）历史数据存储与调用。
系统所接综合保护器监测数据每15秒存盘一次，以最大值、平均值和最小值形成历史曲线，曲线可以放大或缩小。
所有数据可以存储一年。
（3）用户指定的暂存数据；
（4）系统生成数据。
8．系统软件自监视功能
系统能正确监视软件中各任务运行状态。
9．系统软件具有容错功能
当出现键盘操作错误，盘片读写错误或打印机没连机等故障时，应有故障提示，且不影响整个系统软件的运行。
10．人机对话功能
系统用菜单式人机对话方式完成各种功能的操作。
11．实时多任务功能
系统具有实时多任务功能。
12．具有网络接口功能
系统具备接入远程终端和图形工作站的能力,具备向上一级网络传送数据的能力。
四、KJ36A煤矿电力监控系统主要技术参数
1系统容量：
128个监测监控站
2监控站容量：
32个回路
3监控站和监控单元通信：
传输方式：
本安RS485
传输速率：
1200～9600bps（485总线）
4监控站和主机通信：
传输方式：
工业以太网
传输速率：
100（或1000）Mbps
5系统巡检≤10S
画面刷新≤3S
遥控周期≤2S
五、黄陵二号井煤矿电力监控系统覆盖的范围及建设内容
1．覆盖范围
井下采区变电所，共计高压隔爆开关21台，通过监控主站接入主监控系统。
2．电力监控系统建设内容
本次进行以下几个方面的建设：
（1）井下变电所：
在井下变电所安装一台电力监控站，与变电所内的高压开关的综合保护器用RS485通讯方式进行联网，实现变电所的就地监控、通讯转发等。
电力监控站就近接入变电所附近的环网交换机，通过已有的光纤将与地面电力调度中心后台进行数据交换。
（2）电力调度中心（管理站）的建立：
在供电工区建立电力监控操作台，实现双机热备功能，对井下各变电所的高低压开关进行远程监测、遥控、遥信、遥调、遥视。
（3）与综合自动化平台的接口：
提供OPCSERVER与全矿井综合自动化平台接口，实现两者的无缝连接。
（4）电网监控系统的扩展：
将来将再接入的各个变电所信号通过环网断上传至地面监控站，就实现了其他变电所的接入。
六、电力监控系统总体结构
KJ36A电力监控系统由监控中心站、变电所监控站、综合保护单元等组成，采用三层结构，第一层为信息管理层，第二层为传输信道及电力监控站，第三层为智能隔爆高压开关和低压馈电开关类设备。
系统采用工业以太网加现场总线的结构模式。
在井下变电所安装电力监控站，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。
电力监控站站对采集到的信息进行处理，并将主站接入光纤环网，通过光纤以太环网主干信道，集中上传到系统主机。
系统后台可以用网络方式将数据传输到全矿井综合信息平台，实现数据共享和网络发布，使全网所有计算机都可以经授权通过IE进行浏览。
系统具有很强的扩展能力，在监控范围扩大（增加监控变电所、泵房、皮带系统等）时，只需增加相应的监控分站，接入环网，并修改相应软件（增加添加部分的监控软件）即可。
系统总体结构如图1所示。
图1子系统型电力监控系统
1．电力监控系统中心站
电力监控系统中心站配置二台电力监控计算机。
一台主机，一台备用机，两台中心站进行双机热备份，保证系统运行安全、可靠。
主机正常工作时，监控主机和备用机之间能进行数据交换，若监控主机工作异常时，备用机立即执行主机功能向各个变电所发送读取数据指令，并提示用户当前的故障信息。
2．电力监控站设备配置
本次设计在变电所内设置1台KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站，接入监控站高开关的综保通信信号，经安全隔离器接入电力监控站的485接口。
KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站具有红外人机对话接口，完成数据或图形显示、设备配置及就地集中控制功能，并通过主传输线路将井下数据上传到地面电力监控系统主机，根据系统主机下达的控制命令完成电力监控系统的远程操作。
本次设计井下变电所结构图如下：
图2隔爆型变电所设备连接图
七、主要设备功能
1、KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站
KJF99矿用隔爆兼本质安全型电力监控站集计算机技术、视頻技术、网络技术于一体，以井下变电所无人职守为目标，而设计的隔爆兼本安型电力监控站，适用于井下有瓦斯、煤尘爆炸性危险的场所应用。
电力监控站以嵌入式工控机为核心部件，基于WINCE操作系统，有超强的数据采集处理和丰富的图形操作，具有极高的可靠性和稳定性。
主站具有多种接口方式，以太网光口、以太网本安电口、本安RS485接口、本安CAN接口，使得联网和设备接入更加灵活方便。
电力监控站作为井下电力监测监控系统中的数据交换、设备控制和数据显示等过程的关键设备，具有数据处理、远程控制、图像显示及网络远程通讯等功能，是井下电力监测监控系统中的重要设备。
主要技术指标：
（1）供电电源AC127/220/660V，功耗≤300W
（2）通信接口4个COM口,2个CAN口,1个LAN口，1个光以太网接口
① COM口可与地面计算机或监测单元通信
传输速率1200\2400\4800\9600bps
传输距离不小于10km（1200bps）
② LAN口用于与地面计算机通信
③ CAN口用于与监测模块通信
④光以太网接口（可选）
（3）显示屏① 10.4′TFT，真彩
② 画面实时调用响应时间≤3s
（4）监测容量不小于32路监测单元
（5）操作方式红外遥控操作
3、KJA9安全隔离器
KJA9型安全隔离器采用光电隔离技术，实现监控设备非安RS485信号输出转为远距离传输本安RS485信号，可用于井下工业环境。
1）工作电源本安直流12～18V，最大工作电流：
≤60mA；
2）非安侧RS485信号两芯传输（A,B）
传输速率1200bps\2400bps\4800bps\9600bps；
传输距离1km；
3）本安侧RS485信号两芯传输（A,B）
传输速率1200bps\2400bps\4800bps\9600bps；
传输距离≥10Km（1200bps时）。
4、KLH11矿用本安接线盒
KLH111矿用本安接线盒可用于煤矿井下有爆炸性气体环境，作为控制系统、通信系统电缆分线及汇接。
（1）防爆型式：
矿用本质安全型,标志dibI。
（2）工作电压：
U≤60V，额定电流:
I≤3A。
5、KDW16A隔爆兼本质安全型不间断电源箱
KDW16隔爆兼本质安全型不间断电源箱是直流稳压电源，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境中向矿用本质安全型设备供电。
它还提供供电状态输出信号，供监测系统监视电源的供电情况。
1）输入AC127V、220V、380V或660V（频率50Hz，电压变化范围80%～115%。
）
2）输出单路直流本质安全型稳压电源，（18±8%、24±5%、15±5%VDC）。
3）备用电源功能交流停电时，输出额定电流条件下，电池供电≥4小时。
4）保护方式截止式双重化过压、过流保护。
八、设备清单
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
电力监控系统地面监控站
1
监控计算机
P43.0G/1G/160G/19"LCD
台
2
研华工控
2
计算机操作系统
WindowsXP
套
2
微软
3
杀毒软件
诺顿（双机）
套
1
诺顿
4
电力监控系统软件
KJ36A（双机热备）
套
1
天地常州
5
OPC接口软件
KJ36A－OPC
套
1
天地常州
6
音箱
漫步者
套
1
漫步者
7
电源插板
公牛
个
2
公牛
8
数据交换机
D-link8口
台
1
D-LINK
9
超五类网线
AMP
箱
1
安普
10
网线工具及附件
水晶头、压线钳
套
1
安普
11
工具
世达组合套装
套
1
世达
井下变电所
1
电力监控站
KJF99
台
2
天地常州
2
电力监控站软件
KJF99－RJ
套
1
天地常州
3
开关接入驱动软件
KJF99－DRV
套
1
天地常州
4
本安不间断电源
KDW16A
台
2
天地常州
5
安全隔离器
KJA9
台
8
天地常州
6
本安接线盒
KLH11－620
只
8
天地常州
7
通信连接电缆
MHYV1*4*7/0.3
千米
5
扬州
8
电源电缆
MVV-3*1.5
千米
0.5
扬州
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