浅谈营盘壕煤矿井下电力监测监控的实施.pdf

882020 年第 8 期 收稿日期 2020-04-30 作者简介 赵志征 （1980-） ， 男， 汉族， 山东济宁人， 高级工程师， 学士，研究方向矿山建设。 浅谈营盘壕煤矿井下电力监测监控的实施 赵志征 兖州煤业股份有限公司鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017399 摘 要 营盘壕煤矿采用集保护、测控和通信功能于一体的供电监控系统 , 实现了根据故障信息及录波文件快速判断故 障原因，及时恢复供电，使供电系统具有高效、稳定、可靠的特点。 关键词 煤矿供电 监测监控 保护装置 中图分类号 TD611 文献标识码 A doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.08.030 Implementation of Electric Power Monitoring in Yingpanhao Coal Mine Zhao Zhi-zheng Yanzhou Coal Industry Co., Ltd., Ordos City Yingpanhao Coal Co., Ltd., Inner Mongolia Ordos 017399 Abstract Yingpanhao Coal Mine adopts the power supply monitoring system which integrates the functions of protection, measurement and control and communication. It can quickly judge the cause of the fault according to the fault ination and the wave recording file, and restore the power supply in time, so that the power supply system has the characteristics of high efficiency, stability and reliability. Key words coal mine power supply monitoring protection equipment 1 矿井概况 营盘壕矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市西南 部乌审旗境内，纳林河矿区中部。根据矿井开拓开 采部署及井下用电负荷分布情况，确定在井底设井 下主变电所一座，主变电所担负主排水泵、南翼胶 带输送机、北翼胶带输送机、井底车场等井下负荷 用电。在 21 采区、22 采区分别设采区变电所，向 采区内采掘工作面及采区内其他负荷供电。 2 矿井井下供电系统 中央变电所内设 ZBK-G 矿用一般型高压真空 配电装置 33 台， 4 路进线选用线路光纤纵差型保 护南瑞继保 RCS-9613CS。排水泵馈出开关柜配置 DPR364MF 数字式电动机综合保护装置，其余各 馈出开关柜配置南京弘毅 DPR362LF 线路微机综合 保护装置及变压器微机综合保护装置。所内还设有 PDD 矿用一般型低压配电装置 12 台，矿用隔爆干 式变压器 2 台。 21、22 采区变电所内设有 BJGP9L-10 型矿用 隔爆高压真空配电装置，KBZ 型矿用隔爆型选择性 漏电保护低压真空配电装置及 KBSG 型矿用隔爆干 式变压器等。 3 井下变电所电力监测监控系统 营盘壕煤矿采用 KJ38 煤矿供电监控系统，包 括 DPS301M 主站自动化监控系统、KJ38-F 矿用隔 爆兼本安型监控分站和 MPR300S 系列数字式矿用 综合保护装置，实现井下电网的实时监控、继电 保护和运行管理等功能。该系统还可以接入符合 Modbus 或 CAN 总线通信协议的保护器、感应器及 摄像机等自动化设备，并且可以集成地面符合类似 规范或者 CDT/IEC60875/61850 等电力通信规范的 自动化设备，构成地面和井下一体化的矿用电站自 动化系统。 3.1 供电监控系统的特点 （1）系统采用 32 位浮点运算的数字信号处理 器（DSP）芯片作为保护装置的处理器；采用高速 采样、平滑滤波采样的方式，每周波 24 点的采样 密度以及频率跟踪技术，保护装置具有很高的测量 精度；采用了现场可编程门阵列（FPGA）技术， 提高了系统的集成度、运算速度和可靠性。 （2）故障录波及分析功能。录波文件记录各 892020 年第 8 期 个故障动作的状态和相关的辅助判据以及开入量状 态，为事故分析提供可靠依据。 （3）保护装置具备自检及互检功能。保护装 置内部各模块智能化设计，实现了装置各模块的全 面实时自检。 （4） 保护装置采用大屏幕液晶， 显示信息量大， 液晶显示操作可采用红外遥控方式操作。 （5）具备强大的主站监控功能。基于软总线 的分布式运行环境，可分别组成单机系统或多机系 统；系统采用双机热备用技术，双机数据自动同步 技术，双以太网通信技术；监控信息主动上传，是 真正的多主结构。 3.2 供电监控系统结构 KJ38 煤矿供电监控系统，采用分层、分布式、 模块化的设计思想，系统分成监控层和间隔层两层 结构，监控层和间隔层通过以太网或串口通信等方 式联接。 KJ38 煤矿供电监控系统充分考虑了系统组态的 灵活性，可根据现场和用户的不同需要实现不同规 模的煤矿供电监控系统模式。 3.3 系统组成 KJ38 煤矿供电监控系统组成如表 1 所示。 3.4 监控层 系统监控层包括 DPS301M 主站自动化监控系 统、井下 KJ-38 内置的 DPR371CME 通信服务器。 DPS301M主站自动化监控系统完成系统数据采集、 数据处理和远程控制等功能；通信服务器完成网络 转换、其他智能设备接入以及与远程主站通信功能。 监控层根据实际需求，组成独立主机运行的 拓扑结构，包括一台地面主机和两个采区变电所 KJ-38 内置的主机。如图 1 所示。 图 1 独立主机运行方式 监控层存在多个监控系统，各监控系统独立运 行，之间没有信息交互。各个监控主机之间没有主 从关系，停掉其中任何一台主机，不影响其他监控 主机的运行。 表 1 KJ38 煤矿供电监控系统组成 设备型号设备名称主要功能 MPR304S 数字式 矿用综合保 护装置 KJ38 煤矿供电监控系统的间隔层设 备。适用于煤矿井下 3.3kV、6kV、 10kV 高压供电系统，安装于高压防爆 配电装置内，实现井下高压电网的数 据采集、保护测控和通信功能。该装 置具有光纤接口的智能零时限电流保 护功能，用于实现井下高压电网的防 “越级跳闸”系统。 KJ38-F 矿用隔爆兼 本安型电力 监控分站 KJ38 煤矿供电监控系统的通信管理单 元。应用于煤矿井下环境，用于收集 和转发 MPR300S 系列保护终端设备 信息，实现网络转换。该设备具备本 地监控和视频接入功能。 FYF1遥控发送器 KJ38 煤矿供电监控系统的红外遥控操 作设备。适用于煤矿井下环境，用于 实现对 MPR300S 系列矿用综合保护 装置和 KJ38-F 电力监控分站的遥控 操作。 DPR300 系列数字 式保护测控 装置 适合于地面环境的厂站、变电站综合 自动化系列保护装置，由线路保护、 各种元件保护装置及辅助装置组成， 是实现地面电网数据采集、保护测控 和通信功能的间隔层设备。 DPR321CM 通信服务器 KJ38 煤矿供电监控系统的通信管理单 元。适用于地面环境，收集和转发保 护设备信息，实现网络管理。 DPS301M 主站自动化 监控系统 KJ38 煤矿供电监控系统的主站监控系 统。适用于工矿企业变电站、配电网、 煤矿井下电力监控系统，用于实现主 站监控功能。 WTB-AC30 微机保护测 控器 井下间隔层设备，淮南万泰用于井下 低压馈电开关保护，经 Modbus 协议 接入系统。 3.5 间隔层 间隔层设备按间隔分散式安装配置，各间隔层 设备相互独立、分布控制，仅通过通讯网络连接。 营盘壕煤矿井下中央变电所的 DPR300F 系列 间隔层设备采用以太网方式接入监控层网络，21 采 区和 22 采区变电所间隔层设备采用 CAN Bus 总线 和 Modbus 通信协议互联，组成间隔层通信网络。 经 KJ38-F 矿用监控分站与井下以太网系统互联， 进而与地面监控层网络互联。 4 安装与调试 4.1 系统安装 （1）KJ38 煤矿供电监控系统由矿用综合保护 装置、KJ38-F 矿用监控分站及 DPS301M 主站监控 系统组成。KJ38 煤矿供电监控系统安装包括以上装 置和系统的安装。 （2） 安 装 程 序。 在 矿 用 配 电 装 置 中 安 装 MPR300S 矿用综合保护装置；在井下变电站安装 KJ38-F 矿用监控分站，通过 CAN Bus 总线连接保 护装置，形成间隔层监控网络；安装 DPS301M 主 902020 年第 8 期 （3）通风机正常工作设置为一台工作一台备 用，当通风机满足系统设定的启动逻辑条件时方可 启动。风机具备正、反转互锁功能，当需要改变运 转方向时，必须先将其停止运行后，方可改变工作 过程。 （4）系统能根据生产需要设定风机的风量或 压力值，并通过外部各传感器监测结果自动调节变 频器输出频率以控制风机电动机的转速，实现风机 高效节能运行（自动方式）, 手动方式时有防止风 机频繁启动功能。 （5）当主通风机出现故障时，系统自动报警 并发出指示信号。当风机轴承或定子温度超过设定 的温度上限时，PLC 将自动切断当前运行风机，自 动切换接入另一台风机投入运行（手动方式需值班 人员手动切换）。 4 结语 基于 PLC 的变频电控系统改造在含春煤矿 875m 风井主通风机上实施取得非常好的应用效 果，矿井另一个风井也在进行类似的改造。该项改 造不仅一次接线简单，系统保护功能齐全，操作更 加灵活、 方便、 自动化， 风机启动平稳， 能实时监测、 远程监测和控制风机运行状态，还实现了每年省电 约 7.5 万 kWh（节约 15 ～ 20 的电能）。该改 造不仅有效降低了矿井主通风机发生故障的概率， 提高风机电控系统的安全、可靠性和自动化水平， 而且实现矿井主通风机高效、安全、可靠、节能运 行的目标，为小型煤矿主通风机电控系统改造提供 参考和借鉴。 【参考书目】 ［1］ 于励民，仵自连 . 矿山固定设备选型使用手册 下 册 [M]. 煤炭工业出版社，2007. 站监控系统，通过以太网连接监控分站，形成监控 层网络。网络连接示意如图 2 所示。 图 2 系统连接示意图 淮南万泰接线方式与此类似，使用 Modbus 协 议接线至 KJ38-F 监控分站。 4.2 系统调试 （1）井下中央变电所 DPR300F 系列安装完成 后通电试验，检查无异常，在后台监控系统中配置 好数据库和关联，直接从地面主机通过环网连接， 测试遥测、遥信、遥控正常。 （2）MPR300S 矿用综合保护装置安装完成后 通电试验，检查显示状态应正常，显示项目应完整， 对矿用高压配电装置进行分合闸操作和状态指示应 正确。 （3）KJ38-F 矿用监控分站安装完成后，通过 CAN 总线连接保护装置，通电试验，检查本地监控 系统状态显示应正常；对保护装置进行控制操作和 数据上传操作试验，信息应能在本地后台上显示。 （4）使用遥控器对保护装置进行遥控操作显 示结果应对应，对监控分站进行遥控分、合闸操作 应正确。 （5）使用以太网连接主站监控系统，对软件 系统进行调试，检查主站系统画面及参数显示应正 确；对 MPR300S 系列矿用综合保护装置进行控制 操作和数据上传操作试验，主站系统显示应正确； 使用主站监控系统进行远方遥控操作试验，结果应 正确。 （6）淮南万泰保护，由其提供对应规约，在 通信服务器中下装程序，并配置好遥测、遥信、遥 控等功能，完成后同样进行各项试验，验证功能完 整性。 5 井下变电所电力监测监控的实施效果 井下共计 3 个变电所，正常值班需要 6 人，实 现无人值守后，仅需要 2 人进行巡检，并且人员无 需轮休，可以节约人工 6 人。 （1）人工费用计算 月平均应发工资 0.7 万 6 人 12 月 50.4 万 （2）停电影响费用计算 全年10个小时影响计算， 系统正常后按每天3.6 万 t 计算，吨煤按 280 元计算，变电所自动化投入 运行后可不计影响时间（立即恢复供电） （每天 3.6 万 t/24 小时）10h 吨煤 280 元 420 万元 因此，总计每年可节约资金 470.4 万元。 （上接第 83 页）