煤矿地面35 k V变电所故障监控系统的设计.pdf

引言 煤矿开采过程中， 需要用到大量的电力能源， 如 矿井的提升系统、 通风系统、 采掘系统与排水系统等 所需的动力都来自煤矿供电网络[1]。其中地面变电 所为一级供电设施，向矿井主提升机与主通风机等 关键性机电设备直接供电， 并向井下移动变电站、 采 掘设备等间接供电，所以地面变电所供电的安全性 与可靠性将直接影响整个煤矿的供电网络[2-3]。 目前 仍有很多煤矿对地面变电所采用人工巡检或其他低 效的监控方案， 无法实现在线监测功能， 对煤矿的生 产安全有着巨大隐患[4]。本文针对煤矿 35 kV 地面 变电所设计了一种故障监控系统，为变电所的安全 运行与及时维修提供了数据保障与理论支持。 1监控系统的方案分析与设计 煤矿地面变电所一般设置于距离矿井 13 km 处， 变电所中安装有各种一次电气设备， 负责输电与 配电任务， 如变压器、 隔离开关、 电缆设备与断路器 等，这些设备之间相互连接所构成回路称为一次回 路[5]。二次电气设备负责对一次电气设备进行监控 与保护， 向维修调度人员提供信号数据， 二次电气设 备所构成的回路称为二次回路。监控系统主要对变 电所附近的环境与设备工况进行监测，其中监测的 环境主要为站内的温湿度、 有害气体浓度等， 系统还 需对变电所内的变压器、无功补偿装置与低压开关 柜等电气设备进行监控。 根据国家发布的标准 变压 器 中规定， 变压器运行温度最高不超过 40 ℃， 平均 温度不超过 30 ℃， 当超过阙值时， 应及时派遣人员 维修。无功补偿装置与低压开关柜的工作温度范围 为 -540 ℃， 湿度范围≤80， 当超过阙值时， 控制 排风设备通风完成温湿度的调节[6-7]。 本文设计的监控系统总体方案如图 1 所示， 系 统由上位机、 远程监控、 监控单元与变电所信号采集 模块组成。 监控单元由处理器及其外围电路、 电源模 块、 存储模块、 人机交互模块等组成， 主要负责采集 信号的处理分析与故障诊断。信号采集模块分为变 电所站内环境参数测量与各电气设备内运行参数测 量， 其中站内环境测量参数主要为温度与湿度参数。 无功补偿装置与低压开关柜的测量参数都为温湿度 与风速， 变压器测量参数除温湿度外， 还需对其工作 的电压与电流信号进行检测。 监控系统实现的主要功能有信号采集处理功 能、 故障诊断与预警功能、 通讯功能、 数据存储功能、 用户登陆管理功能与显示打印功能。信号采集处理 功能，实时对变电所的环境与设备工作参数进行采 集， 通过核心处理器对数据分析与计算。 故障诊断与 预警功能， 当检测到有故障发生时， 报警器音响发出 响动， 同时上位机监控界面显示红色报警内容； 当检 测到数据异常， 并与设定参数差值在一定范围时， 系 统监控界面显示黄色预警内容，为设备调修工作提 供参考数据。 通讯功能、 监控单元与上位机之间采用 工业以太网通讯，变电所采集单元与监控单元之间 煤矿地面 35 kV 变电所故障监控系统的设计 谭建梅 （山西煤炭运销集团临汾有限公司， 山西临汾041000） 摘要 针对煤矿地面 35 kV 变电所， 设计了一种基于 ARM 的在线监控系统。对变电所的工作环境与设备进行 分析， 提出周围环境与各电气设备的监测参数， 设计了监控系统的总体方案， 分析了系统可实现的功能； 对系统 的核心处理器与各传感器进行了选型， 分析介绍了系统的 RS485 通信、 以太网通信， 并设计了串口通信电路。 关键词 煤矿变电所故障监控以太网 中图分类号 TD612文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0210-02 收稿日期 2020-05-07 作者简介 谭建梅 （1989） ， 女， 毕业于河南理工大学机械设 计制造及其自动化专业， 本科， 助理工程师， 研究方向为煤矿 机电。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.092 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 图 1系统总体方案框图 上位机 打印机远程监控 监控单元 TCP/IP RS485 地面 35 kV 变电所 变压器无功补偿装置低压开关柜 湿 度 传 感 器 风 速 传 感 器 温 度 传 感 器 湿 度 传 感 器 风 速 传 感 器 温 度 传 感 器 湿 度 传 感 器 电 参 数 检 测 温 度 传 感 器 温 度 传 感 器 湿 度 传 感 器 自动化技术与设计 2020 年第 6 期 采用 RS485 串口通信。数据存储功能， 系统可存储 监测数据、 趋势、 故障类型与时间等。用户登录管理 功能， 系统通过用户口令设置不同管理权限， 工作人 员在其授权范围内对系统进行操作。显示与打印功 能， 可将数据以简易的图形表示出来， 如动画、 趋势 图与曲线图等， 并支持打印。 2系统硬件设备选型设计 对比市面上常见的处理器，综合考虑监控系统 的功能要求与计算能力，本文选用 ARM 系列 S3C2440AL 芯片作为系统核心处理器。S3C2440AL 处理器是一款高性能的 32 位处理器，主频范围为 400533 MHz， 片内闪存 2 MB， 片外闪存 64 MB， 具 有 4 通道 PWM 定时器与 1 通道看门狗定时器， 基 于以太网实现信号传输， 具有较好的扩展性， 满足系 统监控需求[8]。 根据上文介绍，本系统所需监测参数类型主要 分为四种， 温度、 湿度、 风速与电参数。 温度传感器选 用 pt100 铂电阻传感器， 传感器采用热敏电阻材料， 在 0 ℃时电阻值为 100 Ω，在 100 ℃时电阻值为 138.5 Ω， 根据对应关系， 测量材料的电阻值即可得 到环境温度， 测温范围为 -200800 ℃， 精确度达 0.03 ℃。湿度传感器采用 SHT85 传感器， 可测湿度 范围为 0100，精度为1.5。风速传感器选用 FRWS 传感器， 由三杯风感应元件组成， 可测量 070 m/s 范围内的风速， 测量分辨率＜0.1 m/s。电参数传 感器选用霍尔传感器，可精确采集变压器内的电流 信号与电压信号，霍尔传感器具有尺寸小、线性度 高、 动态性能好的优点， 可测试的频率范围高， 测量 精度达 1。 模数传感器可将模拟信号处理为数字信号， 方 便计算机分析计算。本文选用 SAR 型 A/D 转换器， 由寄存器、 比较器与控制电路组成， 转换速率可达 1 Mb/s， 功耗较低， 不会占用很多系统资源， 满足系 统采集数据的转换需求。 3系统通信模块设计 本系统的监控单元与上位机之间采用工业以太 网通讯，变电所采集单元与监控单元之间采用 RS485 串口通信，其中系统 RS485 串口通信电路如 图 2 所示。 RS485 串口通信诞生于 RS232 之后， 针对 RS232 传输距离与传输速率有限， 电源电压值过高， 无法多机联机等缺点进行了改进，最大传输距离可 达 1 200 m， 传输速率达 10 Mb/s。 本文选用的转换芯 片为 MAX485，电源引脚接入 5V 电压， RO 与 DI 引 脚接入 ARM 处理器 RXD 与 TXD， A 与 B 引脚直接 并联一个 R1 电阻， 阻值范围为 1001 000 Ω， 以提 高电路的抗干扰性。 在对 CAN 总线、 以太网技术与 Profibus 网络对 比分析后，本文选用以太网技术实现远程的信息交 换。 以太网采用媒体访问机制， 工作站可随时对网络 进行访问， 传输速率达 10 Mb/s， 具有实时性好、 可靠 性高与兼容性强的特点。 ARM 处理器内部嵌入有以 太网控制器， 本系统利用 RTL8019AS 提供物理接口 与媒体访问服务。 芯片在接收到主机传输的数据后， 在数据上添加以太网帧头，生成校验码后传输到以 太网中， 当从以太网接收数据时， 先对数据的以太网 帧头进行解码、 校验后存储于片内闪存。 4结语 本文设计的一种变电所故障监控系统，利用串 口通信技术与以太网技术，实现了变电所的远程在 线监控， 方便技术人员与专家的远程针对与操作。 系 统为变电所的故障监测与预警提供了数据支持， 可 及时发现并维修损坏的电气设备，保护煤矿供电网 络的稳定与安全。 参考文献 [1]史丽萍， 闫其尧， 张增生， 等.数字化变电站技术在煤矿变电所 实现的探讨[J].工矿自动化， 2009 （2） 91-93. 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[4]苏国秀， 李冬梅， 陈明， 等.乳化液自动配比系统的研究[J].煤矿 机械， 2008， 29 （9） 109-111. （编辑 王瑾） Research on PLC-based Intelligent Automatic Emulsion Preparation System Hou Weibin （Sanyuan Nanyao Xiaochang Coal Industry Co.,Ltd., Changzhi Shanxi 046000） Abstract Aiming at the problem of low accuracy of emulsion ratio, an automatic emulsion ratio device based on PLC electronic control system is designed, which can effectively improve the accuracy of emulsion concentration, greatly reduce the mechanical damage and mining accident caused by concentration, and achieve the purpose of improving mining efficiency by increasing the automation degree of the proportioning process. Key words automatic ratio; PLC; concentration Design of Fault Monitoring System of 35 kV Substation in Coal Mine Tan Jianmei （Shanxi Coal Transportation and Marketing Group Linfen Co., Ltd., Linfen Shanxi 041000） Abstract A ARM-based on-line monitoring system is designed for 35 kV substation in coal mine. Analyzed the working environment and equipment of substation, put forward the monitoring parameters of the surrounding environment and each electrical equipment, designed the overall scheme of the monitoring system, analyzed the function that the system can realize, selected the core processor of the system and each sensor, analyzed and introduced the RS485 communication, Ethernet communication of the system, and designed the serial communication circuit. Key words coal mine substation; fault monitoring; Ethernet （上接第 211 页） Research on Remote Intelligent Control Technology of Coal Storage Tank Yin Xinxin （Preparation Plant of Lyuneng Linhua Co., Ltd., Huozhou Coal Power Group, Lyuliang Shanxi 033200） Abstract Aiming at the problems of low efficiency of manual operation, high labor intensity and high failure rate, the remote intelligent control system of coal storage bin is designed. Based on the data of coal storage bin detected by position sensor, the PLC controller is used to drive the car running back and forth in the designated coal storage bin. The application results show that the control system is running stably and achieves the goal of reducing staff and increasing efficiency. Key words remote control; intelligent; PLC controller; sensor; coal storage bin （上接第 198 页） 214