KJ336礦用電力監控系統在煤礦井下的應用

呂擁軍

（山西晉城煤業集團寺河礦二號井，山西 晉城 048006）

1 應用前的狀況及存在的主要問題

寺河礦二號井年產90萬t，井下現有變電所4個，每個變電所分別擔負著不同的用電設備，目前井下各采掘工作面的用電計量部分采用普通電度表，部分無法進行計量，僅靠人工根據電機銘牌的標定值來計算用電量。

存在的主要問題：

（1）用電浪費。無法準確計量各用電設備、各單位的用電情況，無法考核各單位的用電情況，不能有效地控制成本，造成用電浪費。

（2）計量管理工作人員工作效率低。配電點分散、用電設備不集中，各電量參數人員循環手動頻繁抄寫，設備多,造成需要的人員多及工作效率低，甚至部分無法計量。

（3）現場情況失控。管理人員不能及時了解現場設備的工作狀況，數據采集不準、工作量大、工作效率不高、管理水平低。

（4）不能實現實時監控，故障不能提前預警，檢修針對性不強。

2 系統介紹

《KJ336礦用電力監控系統》是基于工業以太網、井下局域網和CAN-BUS現場總線技術，采用VxWorks嵌入式軟件、分布式實時數據庫和工控組態軟件技術，對煤礦井下高低壓電網進行實時電力數據采集、數據記錄、故障診斷、故障預警、故障記錄、自動化控制的大型監控網絡系統。

2.1 系統構成原則

（1）系統采用高性能、高可靠性的工控機及其配套設備。

（2）采用CAN-BUS現場總線和RS485通訊接口相結合的通訊方式，確保系統通訊在較惡劣的煤礦井下正常傳輸，保障遠距離通訊的穩定可靠性。

（3）以硬件冗余及軟件容錯方式實現系統可靠性，特別是數據采集終端數據采用DSP技術、CPU（主處理器）采用雙機熱備，并采用硬件看門狗技術和遠程調控技術，確保系統安全運行及準確調控。

（4）系統采用模塊化結構，方便運行管理與維護，使系統具有靈活性和可擴展性。

（5）硬件采用全光電隔離措施，提高系統抗干擾性能。

（6）井下設備全部采用礦用本安型設備。

2.2 系統組成

圖1

2.2.1 地面監控室

主要包括上位機軟件、工控機及配套設備。完成以下功能：（1）負責接收井下、地面各分站的所有數據

（2）各種監測數據處理，動態模擬顯示處理，子系統端口實時信息處理、按類索引的實時數據處理。

（3）各類歷史數據的查閱顯示和處理，整個系統的故障顯示報警功能。

（4）實現遙信、遙控、遙調、遙測，可對井下設備進行遠程參數整定、修改及遠程分合閘等操作。

（5）各客戶端可通過局域網直接查詢瀏覽各種數據。

2.2.2 井下分站

KJF-201型井下分站是一個以ARM芯片為CPU核心的微型計算機系統，由CAN控制部分、信號處理部分和交換機等主要功能電路部分組成。作為主干以太網的主節點、整個系統的通信中繼，主要負責CAN-BUS現場控制總線和井下光纖以太網之間的數據轉據。ARM芯片功能有：

（1）數據轉換功能。每個變電所安裝1個數據轉換器，主要完成對變電所內所有智能電量變送器所測的各用電設備的電流、電壓、功率、頻率、功率因數及電量等電參數的采集及開關的合、分閘位置，過負荷、短路、漏電故障并上傳到上位機。總控室通過數據轉換器控制開關量模塊，實現開關的分合操作。

（2）智能電量變送器功能。智能電量變送器主要計量各用電設備的電流、電壓、功率、頻率、功率因數及累計電量等參數，并上傳到數據轉換器。

（3）檢測開關量功能（開關量模塊）。開關量模塊主要用來檢測各開關的合、分閘位置，過負荷、短路、漏電故障，并將檢測數據上傳至數據轉換器，并根據命令控制現場開關。

2.2.3 系統通訊結構

（1）每臺井下CAN-LAN分站同時配備CAN－BUS和RS-485通訊接口。每個CAN現場總線可連接64個節點，其波特率為5K、125 K、250 K及500K，最大通訊距離為10 km。

（2）井下CAN-LAN分站使用基于VxWorks操作系統的嵌入式軟件技術。

（3）智能高低壓綜合保護裝置具有故障追憶功能，可追憶1 000次跳閘故障記錄；能測量各相電流、電壓、有功電度等數據，能實現對線路的短路、過載、漏電、絕緣監視、過壓、欠壓等保護。

（4）井下局域網絡采用光纜互聯，傳輸速率為100Mbit/s，通訊距離達到20 km。采用高抗干擾性的CAN現場總線，誤碼率≤3×10-5。采用非破壞性基于優先權的總線仲裁技術，無故障運行時間不小于1 400 h。

（5）能夠監測電網漏電、短路等故障數據，實現對各監測范圍內事故報警，并具備選擇性漏電等功能，在出現開關跳閘后可迅速判斷故障所在范圍，實現故障優先報警。

2.2.4 系統軟件功能

（1）地面主機可顯示井下各被監測線路的各種電量參數。數據庫服務器采用實時數據庫；記錄電流、電壓曲線，統計電能日月報表，顯示電量參數及實時趨勢曲線、歷史曲線。

（2）監測資料的歷史查詢、自定義查詢、模糊查詢，查詢結果的打印輸出；計算漏電、接地資料并對各監測范圍內事故報警及打印。

（3）可實現分時段（如峰段、平段、谷段）對用電量、電費進行記錄、統計與打印。

（4）當井下供電線路或相關設備發生故障或越限時，地面主機根據需要優先有圖像顯示及聲音提示。

（5）井下開關發生狀態變位時，地面監控主機有明顯圖像顯示，其反應時間小于3 s。

（6）實現遙信、遙控、遙調、遙測，可對井下設備進行遠程參數整定、修改及遠程分合閘等操作。

（7）提供WEB資料查詢及用戶權限管理，提供開放式資料接口，方便系統的擴容升級；具有WINDOWS標準的DDE資料交換功能及局域網入網功能。

3 系統應用后實現的功能

（1）提供開放式數據接口，方便系統的擴容升級。

（2）實現遙信、遙控、遙調、遙測，可對井下設備進行遠程參數整定修改及遠程分合閘等操作。

（3）故障分析能力：系統具有完善的報警及故障記錄能力，同時系統能夠依據記錄的故障數據在線進行一定程度的故障分析，為故障排查提供參考。

（4）分時段對用電量、電費進行記錄、統計與報表打印。

（5）可任意設定用電時段，也可以將系統中所有的用電分組進行用電考核。

（6）提供WEB數據查詢，用戶可根據其權限以C/S模式進行遠程數據查詢。

4 結束語

通過電力監控系統的應用，提高了礦井合理用電及電量統計分析效率，解決了礦井高低壓電網漏電快速檢測、礦井電網實時監控及故障預警等諸多難題，為建設本質安全型礦井奠定了堅實的基礎。