基于KJ360的井下供電遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)

張劍慧

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006)

近年來，國家在重點(diǎn)行業(yè)相繼開展“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”的科技強(qiáng)安行動(dòng)，煤礦作為高危行業(yè)，是國家科技強(qiáng)安行動(dòng)的重點(diǎn)行業(yè)。煤礦科技強(qiáng)安行動(dòng)的方向，就是自動(dòng)化、智能化、無人化。作為煤礦的動(dòng)力來源和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，井下供電系統(tǒng)的安全、智能、穩(wěn)定是推進(jìn)煤礦科技強(qiáng)安行動(dòng)的重要基礎(chǔ)，將煤礦井下供電系統(tǒng)改造成為無人值守的自動(dòng)化系統(tǒng)，不但可以減少崗位人員，還可以提高煤礦供電系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，為整個(gè)煤礦的安全生產(chǎn)奠定必要的技術(shù)支撐，全面提高煤礦的裝備水平。

1 KJ360礦用電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

KJ360礦用電力監(jiān)控系統(tǒng)分為設(shè)備層、變電層、通訊平臺(tái)層、地面監(jiān)控層。設(shè)備層主要由煤礦井下各變電所內(nèi)高壓開關(guān)的綜合保護(hù)和低壓電器的保護(hù)模塊構(gòu)成，主要功能是對(duì)開關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算，并在必要時(shí)完成保護(hù)動(dòng)作的執(zhí)行以及將開關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至變電層。變電層由分布在變電所內(nèi)的監(jiān)控分站構(gòu)成，主要功能是完成與上層監(jiān)控主站的通信。通訊平臺(tái)由分站內(nèi)部集成的以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成，主要功能是構(gòu)成一個(gè)光纖以太環(huán)網(wǎng)，為數(shù)據(jù)的傳輸提供平臺(tái)。地面監(jiān)控層主要由分布在調(diào)度指揮中心與機(jī)電管理部門、運(yùn)行工區(qū)等地的監(jiān)控主站構(gòu)成，同時(shí)還包括一套專門設(shè)計(jì)的組態(tài)系統(tǒng)，主要功能是對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、控制、統(tǒng)計(jì)和分析。

2 KJ360礦用電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

KJ360礦用電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)有4個(gè)主要功能：對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、對(duì)井下開關(guān)進(jìn)行遙控、對(duì)開關(guān)的保護(hù)功能進(jìn)行檢測和所有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄與報(bào)警。數(shù)據(jù)采集功能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)可以對(duì)電力線路的電壓、電流等參數(shù)以及斷路器、刀閘的開合狀態(tài)、保護(hù)裝置的運(yùn)行信號(hào)等，實(shí)時(shí)監(jiān)測、采集、整理，上傳至主機(jī)。遙控功能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)能夠?qū)伦冸娝拈_關(guān)和啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分合閘，并具有本地控制和遠(yuǎn)方遙控兩種模式，由就地控制器硬件閉鎖，防止誤操作。檢測保護(hù)功能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)可以對(duì)井下變電所的開關(guān)和啟動(dòng)器分合閘、過流過壓等保護(hù)功能是否正常進(jìn)行檢測及測試，如出現(xiàn)異常則進(jìn)行報(bào)警并儲(chǔ)存。實(shí)時(shí)記錄與報(bào)警功能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)記錄在系統(tǒng)自帶的磁盤中，并形成曲線以供查詢。

3 井下供電遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)方案

3.1 系統(tǒng)的總體構(gòu)成

某礦井下有中央變電所、南翼變電所等5個(gè)主要變電所。建設(shè)供電遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，先要將各個(gè)變電所內(nèi)的開關(guān)和啟動(dòng)器的數(shù)據(jù)采集到一起，上傳至變電所內(nèi)的監(jiān)控分站中，構(gòu)成各自的子系統(tǒng)；各個(gè)監(jiān)控分站通過光纖連接到一起，構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，再通過交換機(jī)，與地面監(jiān)控主站進(jìn)行通信。系統(tǒng)總體構(gòu)成見圖1.

圖1 煤礦電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.2 井下變電所的建設(shè)及選型

井下變電所的供電監(jiān)控系統(tǒng)部分由高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和一個(gè)監(jiān)控分站構(gòu)成。高壓隔爆開關(guān)內(nèi)的綜合保護(hù)裝置及低壓開關(guān)內(nèi)的綜合保護(hù)器，分別通過485通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳入監(jiān)控分站。另外，每個(gè)變電所還需安裝2臺(tái)本安型攝像儀，監(jiān)控變電所的運(yùn)行情況，將視頻信號(hào)編碼后與分站一起，接入光纖環(huán)網(wǎng)。

該系統(tǒng)的監(jiān)控分站，其主要作用是設(shè)備層與監(jiān)控層的通信中轉(zhuǎn)，同時(shí)它還構(gòu)成了變電所的子系統(tǒng)。在整個(gè)電力監(jiān)控系統(tǒng)中起著承上啟下的關(guān)鍵作用。選用山源公司的KJ360-F監(jiān)測系統(tǒng)，它可以適應(yīng)煤礦井下的嚴(yán)苛環(huán)境，是專門研制的防爆型通信設(shè)備，由開關(guān)電源、UPS、通信服務(wù)器及以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成。其示意圖見圖2.

圖2 KJ360-F內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2可知，KJ360-F內(nèi)置了以太網(wǎng)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換模塊，有2對(duì)光纜接口，既方便點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，也能構(gòu)成雙環(huán)自愈的光纖一臺(tái)環(huán)網(wǎng)，也可以借用外部的以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，而不需要增加額外的設(shè)備。除此之外，它還帶有規(guī)約轉(zhuǎn)換的功能，外接一個(gè)規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊，將第三方智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集過來，通過第三方開放的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議解碼數(shù)據(jù)，并按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議重新編碼，就可以整合第三方的智能設(shè)備，方便礦井在不更換保護(hù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通。

3.3 地面監(jiān)控中心的建設(shè)

地面主站構(gòu)成示意圖見圖3。由圖3可知，地面監(jiān)控中心由硬件與軟件兩部分組成。硬件包括電腦主機(jī)、監(jiān)控工作站、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備，主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器、監(jiān)控工作站構(gòu)成。數(shù)據(jù)服務(wù)器和通信服務(wù)器安設(shè)在調(diào)度指揮中心的監(jiān)測機(jī)房，其中數(shù)據(jù)服務(wù)器主要用來存儲(chǔ)系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)日常的報(bào)警等功能。通信服務(wù)器主要用來完成數(shù)據(jù)服務(wù)器與各終端和工作站的通信交流、通信規(guī)約的互相轉(zhuǎn)換，以及一些數(shù)據(jù)格式化的工作。監(jiān)控工作站可以設(shè)立在調(diào)度中心、機(jī)電科、運(yùn)行工區(qū)等不同的地方，通過對(duì)不同的工作人員授予不同的工作權(quán)限，為不同的管理人員服務(wù)。

圖3 地面主站構(gòu)成示意圖

4 結(jié) 語

井下供電遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)建成以后，除對(duì)井下變電所高低壓電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)了基本的遙測、遙信、遙控、定值遙調(diào)功能外，還能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行故障自動(dòng)定位、自動(dòng)判斷故障區(qū)段、自動(dòng)給出恢復(fù)供電預(yù)案，并具備一鍵式快速恢復(fù)供電功能，提高了供電系統(tǒng)的管理水平。

除此之外，此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高低壓開關(guān)、照明綜保、移動(dòng)變壓器等設(shè)備的遙測、遙信、遙調(diào)等功能，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電所的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視，使得地面對(duì)井下變電所的監(jiān)控像在變電所本地一樣，為實(shí)現(xiàn)井下變電所無人值守創(chuàng)造了條件，提高了煤礦信息化、自動(dòng)化管理水平。