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        新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造分析

        2022-08-14 12:26:10張高青徐明輝
        技術(shù)與市場 2022年8期
        關(guān)鍵詞:煤礦故障系統(tǒng)

        張高青,徐明輝

        (永貴能源開發(fā)有限責(zé)任公司新田煤礦,貴州 黔西 551514)

        0 引言

        隨著自動化、信息化及智能化傳感器技術(shù)的不斷成熟和推廣應(yīng)用,礦井供配電系統(tǒng)在有條件的地點(diǎn)和系統(tǒng)進(jìn)行集中自動化控制已成為現(xiàn)實(shí)。自動化控制技術(shù)的推廣應(yīng)用,已成為礦井減少輔助崗位用工、提高人力工效、增強(qiáng)管理水平的有效途徑之一。因此,對新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造進(jìn)行分析有著重要的意義。

        1 工程概況

        新田煤礦總設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/a,目前沒有供配電系統(tǒng)綜合信息化管控平臺,該系統(tǒng)需要整套建設(shè)。當(dāng)前供電系統(tǒng)主要包括地面1座35 kV變電所、井下1座10 kV中央變電所和北翼1座10 kV采區(qū)變電所。地面建設(shè)1座35 kV變電站,目前采用上海南自SNP-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng),具備以太網(wǎng)接口,須索取通信協(xié)議及組態(tài)監(jiān)控界面加密狗后直接接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)。井下供電電壓采用PJG、KBZ系列開關(guān)綜保,不具備以太網(wǎng)接口,須索取通信協(xié)議及購置以太網(wǎng)模塊后直接接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)。北翼采區(qū)變電所有兩回10 kV電源,目前采用PBG、KJZ、KBZ系列開關(guān)綜保,不具備以太網(wǎng)接口,須索取通信協(xié)議及購置以太網(wǎng)模塊后直接接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)。

        2 新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造的必要性

        新田煤礦供配電系統(tǒng)設(shè)備目前均采用人工就地控制,占用崗位職工人數(shù)極大,且崗位薪資較低,人員流動性大,導(dǎo)致設(shè)備安全難以得到保障。多年來,分散建設(shè)和開發(fā)的供配電系統(tǒng)形成了許多信息孤島,缺乏共享的、網(wǎng)絡(luò)化的信息資源體系,無法對供配電活動起到指導(dǎo)性作用,更不能為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層決策提供技術(shù)依據(jù),致使數(shù)據(jù)中的信息資源不能利用,反而由于信息反饋延遲而引發(fā)決策失誤事件時(shí)有發(fā)生,使得管理決策處置極為被動。

        因此,需要對礦井供配電系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造,建立一套集中監(jiān)控平臺,完成礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成,實(shí)現(xiàn)井上、井下供配電系統(tǒng)在統(tǒng)一平臺上的集控操作,減少井上、井下固定場所的崗位人數(shù),并逐步實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)中各個(gè)場所的無人值守。

        3 新田煤礦供配電系統(tǒng)智能化改造總體設(shè)計(jì)

        3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

        結(jié)合新田煤礦供配電需求,建設(shè)一套變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng),將礦井變電所高低壓開關(guān)綜保保護(hù)裝置接入系統(tǒng)平臺,在35 kV變電所及集控中心實(shí)現(xiàn)對變電所高低壓開關(guān)的遠(yuǎn)程監(jiān)控,在井上、井下變電所配套防爆高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī),以滿足無人或減人值守的要求。

        3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

        KJ284供電安全監(jiān)控系統(tǒng)是具有國內(nèi)先進(jìn)水平的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)可對站內(nèi)的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測量、保護(hù)、控制,并記錄處理各種信息。

        地面35 kV供電系統(tǒng)直接接入光纖環(huán)網(wǎng),傳輸控制信號傳給集控中心監(jiān)控主機(jī)即可。配合礦井工業(yè)電視系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)變電站無人值守運(yùn)行方式,同時(shí)配置光纖測溫系統(tǒng),用于配電線路沿線溫度監(jiān)測和火災(zāi)自動報(bào)警。

        3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        井下供電監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、變電所本安型分站、智能開關(guān)等組成,礦用本安型分站和開關(guān)智能綜合保護(hù)單元間采用RS485通信,開關(guān)設(shè)備的參數(shù)由礦用本安型分站傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控系統(tǒng)后臺。監(jiān)控中心可對變電所設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程控制,電力監(jiān)控后臺以O(shè)PC方式,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字化礦山平臺,從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享及發(fā)布。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        3.4 系統(tǒng)組成

        1)在各配電所配置1臺交換機(jī),實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)器以太網(wǎng)接口的匯聚;在地面各變電所配置1臺地面用多協(xié)議網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換。

        2)在每個(gè)井下變電所內(nèi)配置2臺礦用隔爆兼本安型多協(xié)議網(wǎng)關(guān),通過通信線纜接入各臺開關(guān),實(shí)現(xiàn)開關(guān)內(nèi)綜合保護(hù)器的接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)預(yù)處理。

        3)多協(xié)議網(wǎng)關(guān)就近接入本變電所內(nèi)的環(huán)網(wǎng)交換機(jī),實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。

        4)對井下不具備通信接口或通信協(xié)議無法提供的保護(hù)器進(jìn)行改造,使之具備RS485通信功能,此項(xiàng)由礦方負(fù)責(zé)完成。

        5)礦方須提供所有微機(jī)保護(hù)器、綜合保護(hù)器RS485通信的接口及通信協(xié)議。

        6)在井下變電所配置1臺光纖測溫主機(jī)及測溫光纜,4通道,用于電纜溝、電纜橋架分布式光纖溫度監(jiān)測及火災(zāi)報(bào)警。

        圖1 KJ284供電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        3.5 系統(tǒng)功能

        3.5.1 遙測、遙信、遙調(diào)、遙視功能

        遙測功能:實(shí)時(shí)監(jiān)測井下供電系統(tǒng)的電流、電壓、有功功率等電力參數(shù)。

        遙信功能:實(shí)時(shí)反映井下開關(guān)的分、合閘狀態(tài),保護(hù)裝置動作信號、事件順序記錄(SOE)、事故遙信變位等。

        遙調(diào)功能:在監(jiān)控中心對井下開關(guān)的保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)定值召喚、整定修改等。保護(hù)器的定值連續(xù)可調(diào),便于上下級開關(guān)的定值整定,加上保護(hù)器延時(shí)的準(zhǔn)確性,可防止開關(guān)的越級跳閘事故發(fā)生,在遙調(diào)進(jìn)行的過程中如果終端校核,則自動撤消控制并提示操作人員。

        遙視功能:實(shí)現(xiàn)對各個(gè)變電所的視頻監(jiān)控,并可將視頻信息在服務(wù)器上保留一段時(shí)間,以供隨時(shí)回放(視頻由工業(yè)電視系統(tǒng)采集、管理)。

        3.5.2 故障處理及分析

        故障錄波功能:當(dāng)保護(hù)動作時(shí),可自動啟動錄波,分析各個(gè)時(shí)刻的幅值相位等,也可打印出錄波曲線,以便對故障時(shí)的供電系統(tǒng)參數(shù)有更全面的掌握。錄波數(shù)據(jù)包含有A相電流、C相電流、A相電壓、B相電壓、C相電壓、零序電壓和零序電流。

        故障信息上傳功能:供電系統(tǒng)故障發(fā)生后,監(jiān)控系統(tǒng)除及時(shí)發(fā)出故障報(bào)警信號外,能上傳保存于保護(hù)器的故障信息(故障發(fā)生時(shí)間、故障原因、故障時(shí)的電流和電壓值),也能對保護(hù)器上傳的故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形分析及顯示,便于技術(shù)人員和值班人員及時(shí)了解供電系統(tǒng)故障時(shí)的運(yùn)行狀況。

        3.5.3 保護(hù)及自動化信息查詢及操作

        保護(hù)信號遠(yuǎn)方復(fù)歸和復(fù)位操作。在確認(rèn)故障處理完成后,在監(jiān)控中心對保護(hù)器進(jìn)行信號遠(yuǎn)方復(fù)歸或復(fù)位,使保護(hù)器處于正常待機(jī)狀態(tài),以便完成遙控操作。查詢并遠(yuǎn)方整定微機(jī)保護(hù)裝置定值和微機(jī)保護(hù)裝置的自檢、動作信息。

        3.5.4 運(yùn)行報(bào)警

        在電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中,在使用者預(yù)先設(shè)置的情況下,如果系統(tǒng)中發(fā)生異常變化,則會立即提示,通知值班人員。而且在井下電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)可以按順序記錄保護(hù)器、自動裝置和斷路器動作的時(shí)間,保存到數(shù)據(jù)庫中,以便事后作為事故分析用。

        4 供配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

        4.1 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

        供配電系統(tǒng)分為3層結(jié)構(gòu),即管理層、設(shè)備層和控制層,各子系統(tǒng)信息傳輸平臺為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。其中信息管理層通過自動化平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)劃;控制層以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸平臺,由整個(gè)監(jiān)控中心設(shè)備及環(huán)網(wǎng)平臺組成;設(shè)備層采用現(xiàn)場總線,保證了現(xiàn)場子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性,主要由各自動化子系統(tǒng)設(shè)備組成。

        信息管理層:通過局域網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸,在每個(gè)計(jì)算機(jī)上,通過自動化平臺在統(tǒng)一的界面下查看全礦所有信息,將部門信息向平臺發(fā)布,實(shí)現(xiàn)信息化管理。

        控制層:在工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上接入操作站,通過綜合自動化軟件平臺向設(shè)備層的控制器發(fā)送控制指令,并實(shí)現(xiàn)對整個(gè)供配電系統(tǒng)子系統(tǒng)設(shè)備的集中控制。供配電系統(tǒng)中礦井綜合自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

        4.2 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

        軟件嚴(yán)格按照軟件開發(fā)流程進(jìn)行,會設(shè)計(jì)幾種界面供客戶選擇。UI設(shè)計(jì)理念系統(tǒng)支持三級菜單,大類(含大類概覽,如大類下有無報(bào)警)、子系統(tǒng)概覽(各個(gè)子系統(tǒng)通信狀態(tài)、報(bào)警信息、大型設(shè)備運(yùn)行狀態(tài))、子系統(tǒng)詳細(xì)參數(shù)界面。系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)一份總圖,各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)分圖,由組態(tài)動畫、數(shù)據(jù)流程、采集數(shù)據(jù)、詳細(xì)參數(shù)等構(gòu)成,可查詢各子系統(tǒng)的詳細(xì)信息??呻S時(shí)訪問諸如設(shè)計(jì)圖紙、統(tǒng)計(jì)圖表、現(xiàn)場視頻等其他信息,以保證機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)要求。

        界面簡單、直觀,便于集控員方便地訪問過程及設(shè)備的相關(guān)信息,并作出相應(yīng)的、快捷的行動?;贑/S(客戶端-服務(wù)器)結(jié)構(gòu),支持中文界面,支持寬屏。符合國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),基于開放結(jié)構(gòu)。模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以連接多個(gè)操作界面,使集控員的決策和行為更加快速準(zhǔn)確。軟件UI界面圖如圖3所示。

        圖2 礦井綜合自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

        圖3 軟件UI界面圖

        5 結(jié)語

        從改造后的新田煤礦供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況來看,該系統(tǒng)較好地滿足了煤礦對供電系統(tǒng)智能化功能的需求,提升了煤礦供配電系統(tǒng)運(yùn)行的整體效果,對類似煤礦供配電系統(tǒng)進(jìn)行改造升級有一定的借鑒意義。

        項(xiàng)目的應(yīng)用改善了新田煤礦供配電系統(tǒng)信息化程度,提升了礦井生產(chǎn)效率,有效遏制了重大事故發(fā)生。為礦井安全生產(chǎn)提供了先進(jìn)的監(jiān)控手段,能夠快速、及時(shí)地把握礦井運(yùn)行情況,并作出快速反應(yīng)。

        實(shí)施智能自動化子系統(tǒng),通過對組織機(jī)構(gòu)、管理制度進(jìn)行調(diào)整,應(yīng)用現(xiàn)代管理手段,提高了礦井供配電系統(tǒng)的工作效率和管理水平。礦井供配電智能系統(tǒng)應(yīng)用后,實(shí)現(xiàn)了自動化或遠(yuǎn)程監(jiān)視,煤礦井上、井下變配電所等部門均實(shí)現(xiàn)了無人值守,節(jié)省了礦井的運(yùn)營成本。

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