煤礦井下供電監控及防越級跳閘系統的設計

梁亞鵬

摘要：現如今，我國的煤礦發展十分迅速，針對煤礦井下供電系統線路保護普遍存在，速斷過流保護定值無法整定、失壓保護零時延、漏電保護無法實現，保護器功能不全及通信能力差，尤其是“越級跳閘”問題，設計了煤礦井下供電監控與防越級跳閘系統。主要是通過交換服務器和光纖太網通信，由集成保護測控裝置根據采集的數據進行邏輯運算，再向智能終端發令實現保護跳閘。該系統經實際運行，取得了較好的效果，提高了礦井供電的可靠性，杜絕了“越級跳閘”事故的發生。

關鍵詞：供電系統;供電監控;越級跳閘;測控裝置

1 系統總體方案

供電監控體系主要由地下監控單元、網絡通訊和地上監控軟件體系組成。在監測單位與監測單位之間，監測單位使用rs 485總線法收集現場信息，監測單位使用監測單位與地上體系之間的以太網接口，地上裝備監測軟件使用金景完成。監控單元主要是單片機控制器，并裝備了rs485接口和以太網接口，完成了數據采集和以太網通訊。lcd電路在現場顯現電源設備信息，配備要害輸入電路，工作人員可以方便地進行lcd接口操作;當保護裝置的作用或參數受限時，監控單元的報警電路會發出報警信號，顯現異常情況。地上上位機金景的規劃裝備軟件開發了一個監控接口。接口顯現電源參數，如電壓、電流、電力線功率、斷路器狀態、動作限值等保護裝置參數。裝備軟件根據傳輸數據繪制實時曲線，使用數據庫完成歷史數據查詢。實時監控供電狀態。

2 電力監控系統

2.1 電力監控通信網絡

電力監控系統通信網絡可采用多種拓撲結構，如接入井下公用的千兆以太網、電力監控系統獨立組網等方式，板橋風機變電所及西彭風井變電所各配置1臺網絡交換機，兩變電所所屬系統的井下電力監控分站通過以太網接口接入該交換機，然后接入電力監控中心的核心交換機。電力監控分站通過CanBus現場總線采集的各保護裝置的保護信息、監控信息和系統運行數據轉發到以太網，或將監控系統控制信息轉發給保護裝置。

2.2 上位機設計

上位機選用裝備軟件金景規劃開發。該軟件體系運用密碼登錄，并為不同的工作人員設置不同的操作權限。體系的監控界面集中顯現地下各監控點的運轉狀態，包括電壓、電流、電力等運轉參數、斷路器狀態、保護設備交付狀態等，并在供電設備呈現異常情況時敏捷定位毛病點，及時排除毛病。削減停電時刻，并利用金景中的實時曲線和前史曲線操控將數據變量相關起來，便利觀測數據的動態改變，對供電裝置運轉的改變做出直觀判斷。數據庫的規劃與散布參數直接相關，便于員工查詢，進步辦理效率。

2.3 硬件設計

硬件結構設計以STM32作為核心處理器。首要包含了8路模擬量輸入和5路開關量輸入，溝通插件將高壓互感器二次側的電壓、電流信號變換成合適測控設備輸入要求的小電壓信號。開關量輸入部分首要是對開關的方位信號或其他狀況信號進行監督，如風電閉鎖和瓦斯閉鎖信號等。本保護器的開關量輸入首要包含：瓦斯閉鎖信號引進、過流試驗信號引進、柜門信號復歸按鈕引進、備用信號、斷路器合方位信號引進。在主控制器的外圍電路中，增加了實時時鐘電路，實時時鐘芯片選擇SD2200芯片，該芯片可以在主控制器掉電的情況下繼續工作，為監測系統提供正確的時鐘信號;嵌入式應用中經常需要保存一些數據比如選項和設置等，為了在設備關機或掉電情況下不丟失數據，將數據保存在EEPROM里面，但在STM32芯片中本身沒有EEPROM，可以利用芯片內部的FLASH模擬EEPROM，進行電氣參數的存儲。測控裝置的開關量輸出可以分為保護動作輸出和信號輸出。

3 監控系統功能

①可實現遙測、遙控、遙調、遙信，真正實現變電所無人值守。可組織實施1臺開關、1臺變電站、1臺供電系統的遙控操作，并可設置應急操作。組圖，當系統出風時，可以切斷系統的電源，實現系統風閘。

②后臺監控主機具有電源系統狀態和數據曲線顯示、故障預警預報、設置控制操作遠程操作鎖定功能。外勤人員可以方便地查詢系統狀況和數據記錄，及時發現和處理事故。同時，現場人員可以根據現場的需要控制禁令或允許遠程操作，以確保現場人員的安全。

③具有運行統計、頻率統計、故障統計、操作統計、分類統計等特殊功能。它可以輸出最大值、最小值、平均值和累積值，并可以隨時顯示數據、曲線和圖表查詢功能。具有多種電力管理功能。具有實時在線顯示操作功能，井下電氣保護報警故障，值的變化，保護器本身損壞，地面能及時顯示報警。

4 結束語

通過電氣設備參數實時在線監測，實現了故障早發現、早處理，減少了故障處理時間，提高了工作效率;減少了供電故障次數，縮小了設備及配件的投入;提高了礦井供電運行的安全性和可靠性，改善了供電運行的動態性能。煤礦井下供電監控及防越級跳閘系統在韓城桑樹坪煤礦應用后，減少了該礦井供電停電時間，杜絕了人為誤操作而造成電氣故障，杜絕了進而出現的越級跳閘、大面積斷電、影響生產等現象，同時實現井下設備遠程控制，提高了工作效率。

參考文獻：

[1]盂惠霞，胡滿紅.煤礦井下短路越級跳閘的故障分析[J].煤礦機械，2009，30（2）：223-224.

[2]高會生，王慧芳.基于安全性的繼電保護光纖迂回通路徑選擇[J].電力系統保護與控制，2014，42（14）：25-31.