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安科瑞電氣股份有限公司
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智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在礦山的應用與探討

時間:2023/1/9閱讀:523
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涂志燕

(安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801)

 

摘要:隨著煤礦建設的智能化程度越來越高,構建智能電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對礦山生產(chǎn)的有效監(jiān)控至關重要。首先分析了礦山電力監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題,其次重點介紹了基于智能礦山電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計過程,后提出了加強智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的措施,以保障智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用。

關鍵詞:智能礦山;電力監(jiān)控系統(tǒng);應用方法

0引言

       礦山開采工作較為復雜,涉及礦山井下開采人員、設備以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管理等。隨著智能化技術的迅速發(fā)展,現(xiàn)代化信息技術與自動控制技術也不斷發(fā)展,對智能礦山的建設提出了更高的要求。傳統(tǒng)的礦山電力監(jiān)控系統(tǒng)一般應用計算機網(wǎng)絡技術,不能實現(xiàn)井下設備的控制,無法及時反饋環(huán)境信息和設備情況等。

因此,在傳統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上,通過大數(shù)據(jù)技術和云計算等完成礦井監(jiān)測的可視化、調度的綜合化以及控制的自動化,有利于提升煤礦的安全性,加強生產(chǎn)業(yè)務的管理水平。由此可見,對基于智能礦山電力監(jiān)控系統(tǒng)應用方法進行研究具有重要意義。

1礦山電力監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題

       目前,雖然對電力監(jiān)控系統(tǒng)及相關設備做了很多研究,但是缺少對數(shù)據(jù)的合理應用,而且數(shù)據(jù)庫需要存儲大量關于電力數(shù)據(jù)的監(jiān)測值,這也是電力監(jiān)控系統(tǒng)需要解決的重點問題。在實際應用過程中,電力監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下問題。

1.1 工作人員不能根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)安全隱患。

       監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測礦下的信息參數(shù),不能很好地處理異常數(shù)據(jù),且缺少對數(shù)據(jù)的預測功能,通過人機交互界面不能保證工作人員提前了解信息參數(shù)。

1.2 缺少對安全監(jiān)控信息的深入分析與利用

       大數(shù)據(jù)分析已經(jīng)成為廣泛應用的數(shù)據(jù)分析方法,能夠找出數(shù)據(jù)背后的價值信息,從而為科學決策提供依據(jù),在各個行業(yè)當中都有著廣泛的應用。煤礦開采也要加強對數(shù)據(jù)信息的分析與應用,保證監(jiān)控的多元融合。

1.3 預測模型的智能化程度低。

       電力監(jiān)控系統(tǒng)主要注重對安全信息的監(jiān)測與控制,并進行簡單反饋,不能實現(xiàn)危險度的判斷以及事故預警等。此外,斷電控制、分級報警以及區(qū)域斷電等功能需要進一步完善,所以須提高電力監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平。

2基于智慧礦山智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計

2.1系統(tǒng)設計

       電力監(jiān)控系統(tǒng)采用了3種技術,分別是自動化技術、計算機網(wǎng)絡技術以及信息化技術,集保護、監(jiān)測、控制、通信等多種功能于一體,具有開放式、網(wǎng)絡化、模塊化、組態(tài)化的特點。電力監(jiān)控系統(tǒng)設計有客戶端/服務器(Client/Server,C/S)結構,同時還具有能夠支持Web瀏覽,即瀏覽器/服務器(Browser/Server,B/S)的結構。該系統(tǒng)采取變電所的一次主設備實現(xiàn)“五遙"功能,即遙測、遙信、遙控、遙調以及遙視,同時實時采集高、低壓開關柜的相關電氣監(jiān)測數(shù)據(jù),通過高、低壓柜的運行數(shù)據(jù)判斷負載設備的運行情況,對二次設備和輔助設備實現(xiàn)遠程控制和管理,并與煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互,實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的較全智能管理

2.2 系統(tǒng)的結構與組成

       系統(tǒng)的設計采用了分布式、模塊化思想,主要分成5層,如圖1所示,分別是設備層、間隔層、控制層、管理層以及決策層。控制層和間隔層通過以太網(wǎng)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP)進行數(shù)據(jù)傳輸;間隔層和設備層通過Modbus-RTU和ModBus協(xié)議進行通信。充分考慮數(shù)據(jù)傳輸方式的不同,對數(shù)據(jù)傳輸標準進行統(tǒng)一,根據(jù)現(xiàn)場不同的系統(tǒng)來實現(xiàn)各煤礦的電力監(jiān)控功能。

       設備層主要包含一些電力系統(tǒng)采集設備的終端,如電力保護裝置、功能儀表、電力監(jiān)測裝置等。電力監(jiān)控系統(tǒng)的間隔層設備采用間隔分散式的安裝方法,各設備之間相互獨立,僅通過通信網(wǎng)絡連接。井下間隔層設備通常采用Modbus-RTU和ModBus協(xié)議進行通信Modus-RTU通過井下電力分站就近接入井下控制環(huán)網(wǎng)交換機,通過光纖接入地面生產(chǎn)指揮中心。控制層包括主站監(jiān)控系統(tǒng)、通信服務器,其中主站監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)實時采集、數(shù)據(jù)處理、遠程控制等功能,通信服務器完成網(wǎng)絡轉換、智能設備接入和遠程主站通信。在信息層構建自動化數(shù)據(jù)展示平臺,通過面向對象技術,對于安全性能、監(jiān)測數(shù)據(jù)等不同的信息完成綜合處理,從而為科學決策和管理提供參考。管理層主要作為生產(chǎn)過程中的執(zhí)行系統(tǒng),主要包括集成平臺管理、運行維護、設備運行管理以及生產(chǎn)數(shù)量控制等多個功能。通過對生產(chǎn)過程的精細化管理,能夠有效解決管理層與過程控制層中存在的斷層問題,從而提升作業(yè)管理效率,提高信息化水平。決策層根據(jù)信息層匯報的監(jiān)測信息,并結合實際情況做出決策。決策的實施需要各個部門協(xié)同工作,并綜合子系統(tǒng)的各項信息,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速整合,后形成一個科學合理的決策方法。

       系統(tǒng)能夠兼容多種協(xié)議形式的監(jiān)測監(jiān)控設備,與多個系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)以變電所為單元,變電所的功能是將數(shù)據(jù)通道接入主傳輸通道。系統(tǒng)還具有歷史趨勢曲線打印、報表查詢等功能,按用戶要求可以定制各種報表、圖形與曲線。應用數(shù)據(jù)共享,實現(xiàn)信息網(wǎng)絡發(fā)布自動報警和預測分析功能。此外,結合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng),實現(xiàn)地面、井下變配電無人值守、有人巡視的目的。

2.3 子系統(tǒng)接入設計

2.3.1 子系統(tǒng)接入方式

根據(jù)子系統(tǒng)的設計特點,可以應用3種接入方式。

上位機接入。該方式是在服務器的幫助下,通過以太網(wǎng)和對象鏈接與嵌入的過程控制(OLEforProcessControl,OPC)等接口協(xié)議完成和子系統(tǒng)主機之間的信息交換。接入結構如圖2所示。


       可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicCantroller,PLC)接入。對于自動化控制系統(tǒng)而言,利用服務器通過以太網(wǎng)和PLC接口相連,并且安裝在采集服務器的OPCServer中,實現(xiàn)和生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務器之間的信息交換功能。接入結構如圖3所示。


       嵌入式控制接入。對于嵌入式控制的子系統(tǒng),利用內部的OPCServer,服務器通過以太網(wǎng)和接口協(xié)議實現(xiàn)子系統(tǒng)之間的連接。接入結構如圖4所示。根據(jù)智能礦山子系統(tǒng)的設計特點,采用PLC接口方式,當子系統(tǒng)接入后,把采集好的數(shù)據(jù)信息進行整合與分析形成圖表,從而為管理層的決策提供參考。


2.3.2 數(shù)據(jù)交互方式

       數(shù)據(jù)交互方式主要包括3種,分別為OPC、開放數(shù)據(jù)庫互連(OpenDatabaseConnectivity,ODBC)、文件傳輸協(xié)議(FileTransferProtocol,F(xiàn)TP)。其中,OPC通過微軟組件技術進行設計,利用C/S架構模式,能夠處理本地與網(wǎng)絡等節(jié)點的服務器信息,監(jiān)控系統(tǒng)能夠對數(shù)據(jù)進行直接讀取,安全性較高。ODBC以數(shù)據(jù)庫為基礎進行交互,雖然實時性較差且效率比較低,但是可以根據(jù)數(shù)據(jù)結構,通過訪問數(shù)據(jù)接口,把實時性較差的數(shù)據(jù)寫入對應的數(shù)據(jù)庫表中,使得電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲取數(shù)據(jù)庫接口,完成信息的獲取。FTP是一種基于文件的交互方式,它的實時性較差,工作效率低,主要是作為傳輸工具將設置好的文件格式傳輸?shù)讲杉掌髦?,便于電力監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)解析。

3智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向

3.1 傳感控制器的發(fā)展

       在電力監(jiān)控系統(tǒng)工作的過程中,傳感控制器起到了非常重要的作用,保障好傳感控制器的穩(wěn)定性和安全性非常重要?,F(xiàn)階段,常用的傳感器基本能夠滿足電流、電壓等生產(chǎn)需要,但是仍然存在一些問題需要引起高度的關注。在傳感器的壽命、性能、可靠性等方面,和國外的相關產(chǎn)品對比,仍然需要進一步改進。為了滿足整體生產(chǎn)的性能要求,需要加強對傳感控制器的研究和改進。

3.2 引入監(jiān)測煤礦新技術

       現(xiàn)階段,電力監(jiān)控系統(tǒng)基本能夠滿足運行的需求,但是在安全系數(shù)等方面,其性能依然具有一些缺陷,如一些產(chǎn)品存在跳閘、定位速度慢等問題。針對這一問題,需要加強對目標技術的研究與設計。此外,通過斷流的方式可以避免出現(xiàn)由于電壓波動而停電的問題。高壓選擇性漏電保護系統(tǒng)不會受到電弧電源等因素的影響,并且對過渡電阻有著較強的抵抗性和靈敏度。這些技術都在一定程度上提升了系統(tǒng)的安全性,增強了數(shù)據(jù)處理和采集的能力。

3.3 對電力監(jiān)控系統(tǒng)中主站的改進

       在礦山的電力監(jiān)控中心,可以安裝6臺監(jiān)控服務器和工業(yè)電力監(jiān)控計算機,從而避免出現(xiàn)計算機病毒破壞等問題。此外,為了進一步提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和安全性,可以應用Linux中文操作系統(tǒng)進行升級與安裝,主要包括千兆網(wǎng)絡交換服務器、光纖網(wǎng)絡交換服務器、電源系統(tǒng)以及信息發(fā)布系統(tǒng)等。

4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

4.1 概述

       針對用戶變電站(一般為35kV及以下電壓等級),通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

       Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求,針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應用電力自動化技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和信息傳輸技術,集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng),適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站,可實現(xiàn)對變電站的控制和管理,滿足變電站無人或少人值守的需求,為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。


4.2 應用場所

適用于軌道交通,工業(yè),建筑,學校,商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

4.3 系統(tǒng)架構

        Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計,可分為三層:站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層,組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡結構、光纖星型網(wǎng)絡結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡結構,根據(jù)用戶用電規(guī)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(wǎng)方式。


5 結 論

       通過對智慧礦山智能電力監(jiān)控系統(tǒng)應用方法開展研究,智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的應用和改進能夠實現(xiàn)地下變電站的無人看守,不僅減輕了工作人員的工作壓力,提升了工作效率,而且提高了礦山供電網(wǎng)絡的自動化水平。隨著智慧礦山的發(fā)展,要求煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)要向著網(wǎng)絡化、集成化的方向發(fā)展,同時融合控制技術、數(shù)據(jù)庫技術、計算機技術等多種智能化技術。因此,要合理應用智能電力監(jiān)控系統(tǒng),給生產(chǎn)提供重要的安全保障,促進煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

 

參考文獻:

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[5]  周永亮.基于智能礦山電力監(jiān)控系統(tǒng)應用方法的探討

[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版


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