井下电网监控系统改造与应用

井下电网监控系统改造与应用
摘要：利用以太环网技术平台，将下层设备和中控室有机结合起来。

通过运用局域网和现场总线智能通讯技术，对煤矿井下、井上及高低压电网进行实时电力数据采集、数据记录、故障诊断、故障记录、自动化控制、电量管理的大型网络监控管理系统，实现了对变电所的遥测、遥信、遥控、遥视，有效提高了矿井井下供电自动化水平。

关键词：井下电网监控系统模拟保护器改造应用
随着其装备数量的增加，技术瓶颈日益突出。

本文基于局域网和现场总线智能通讯技术，采用嵌入式软件、分布式实时数据库和工控组态软件技术，对煤矿井下、井上及高低压电网进行实时电力数据采集、数据记录、故障诊断、故障记录、自动化控制、电量管理的大型网络监控管理系统，实现对变电所遥测、遥信、遥控、遥视。

在煤矿安装应用井下电网监控系统可以保证井下电网的安全可靠运行，有效减小事故范围，提高劳动生产率，并可实现供电的“移峰填谷”，具有重要的经济价值和社会意义。

1 电网监控系统的组成
系统基于公共以太网理念构建，由井下局域网和地面监控中心组成一个数据高速传输的大型监控网络，保证了监测监控的实时性和可靠性。

监控系统原理图如下图所示。

井下局域网（主干通讯网络）主要由数据监测采集装置、井下通讯设备等组成。

数据监测采集装置安装于井下高低压开关内，负责对井下高低压电网进行实时数据采集；井下通讯设备（以太网接口的井下CAN-LAN分站）安装于井下变电所内（原则上每个变电所安装一个分站），负责数据的缓存、传输及协议的转换等；分别作为网络的终端节点和主干节点。

数据监测采集装置（综合保护器）与分站之间采用CAN-BUS现场总线通讯方式，分站与分站之间采用光缆连接，整体构成一个高速的井下局域网。

系统由置于井下开关内的智能综合保护装置对电网进行实时数据采集，如电压、电流、零序电压、零序电流、分/合状态、视在功率、监视电阻、合闸次数、工作时间、累计电量等；同时对采集的实时数据进行分析、计算和处理，对该线路进行各种保护的实时监测和判断，执行保护动作并输出保护信号，如过压、欠压、短路、过载、漏电、漏电闭锁、绝缘监视和风电闭锁等；通过CAN-BUS现场总线（或RS-485总线）传输到各变电所井下分站（带路由功能、采用嵌入式操作系统、采用4路并行巡检方法，实现实时性），分站对数据进行缓存及协议转换，再通过带光纤接口的井上交换机实时向到地面中心站传输，同时智能综合保护装置能迅速接收地面中心站发出的各种指令，如远程参数整定、遥控分闸等，确认后即时执行，记录操作时间并即时把信息返回地面中心站。

井下数据通过交换机传到地面中心站后，两台工控机对数据进行采集（双机热备），整合压缩后储存到两台数据库服务器（双机热备），两台服务器建立磁盘阵列，保证极大的数据存储容量；设置一台PC机负责井下变电所运行
情况的实时显示。

同时设置一台Web服务器负责数据发布，采用B/S计算模式，提高了数据安全性，避免网络阻塞及减少并发访问时的等待时间。

地面中心站的模拟屏则实时模拟、显示井下电网的运行状态，通过监控软件对接收的数据进行处理并自动记录，生成各种运行曲线和图表，方便调度员及时查看和打印；当井下出现故障时，自动发出事故和越限报警，并记录事故发生的地点、时间、设备名称、事故类别及当时的运行参数，使值班人员能及时、准确的作出相应处理措施。

2 监控系统硬件设计
2.1 监控计算机设备计算机作为系统的主控设备监视、控制井下所有设备的工作状态，并作为系统的显示和输出终端，正常情况下显示被监测井下供电电网图、采区变电所各支路高压真空配电装置输出回路的供电状况、各种故障状态的颜色变化和声光报警，并有故障名称、时间、区间等关系数据库，还有可打印的有关整个变电所和各支路用电状况及故障情况日、月、年报表。

可随时设置各种监测参数的有效整定值。

还留有网络接口，根据将来需要，并入矿内局域网。

各终端计算机皆可即时查询、分析当前电网的运行状况。

2.2 CAN 通信接口CAN 总线分为数据链路层（包括逻辑链路控制子层LLC 和媒体访问控制子层MAC）和物理层，LLC子层的主要功能是为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由LLC子层接收的报文实际已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息。

在处理定义目标时，存在许多灵活性。

MAC子层的功能主要是传送规则，意即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。

MAC子层要确定为开始一次新的发送总线是否开放或者是否马上开始接收。

位定时特性也是MAC子层的一部分。

MAC子层不存在修改的灵活性。

物理层的功能是有关全部电气特性不同的节点间的实际传送，在选择物理层时存在很大的灵活性。

MAC子层是CAN协议的核心，它描述由LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的认可报文。

MAC子层可响应报文帧、仲裁、应答、错误检测和标定。

2.3 井下通信分站，在煤矿井下含有爆炸性气体的环境中对监测系统采集的数据传输到地面主站，也可将主站的命令发送给井下的监测节点。

井下CAN-LAN分站负责CAN-BUS现场控制总线和井下局域网之间的数据转换。

它在数据传输时能智能化地寻找发送和接收地址，选择路径。

2.4 高低压开关智能综合保护器利用单片机技术控制A/D转换器，采集当前电网参数进行比较、处理、显示，实现跳闸保护功能，同时，把相关模拟量和开关量传输给分站处理，作为监控网络系统的共享资源使用。

智能高低压综合保护装置采用模块化结构，优化的软硬件抗干扰处理。

保护器具有故障追忆功能，可记忆前1000次以上发生的跳闸故障，并包含相应动作资料。

同时实时地在液晶屏上显示出系统状态参数，如三相电流及电压值等；在出现故障时能根据故障性质决定脱扣跳闸的时间，显示并记忆故障相关参数，以便用户查询。

通过对保护器按键的简单操作可随时对保护器的动作参数进行整定。

当保护器装入隔爆型馈电开关本体后，除可以通过窗口观察到显示屏上的各种信息外，通过CAN通讯
接口也可在不打开开关外壳的情况下，通过地面监控中心主控计算机实现对保护器的各种保护功能的整定及试验，实现保护器的智能化。

3 结论
通过对煤矿井下变电站实时监控系统深入的研究，可迅速而准确地获得各变电所运行的实时信息，完整地掌握变电所的实时运行状态，及时发现电力设备运行中的故障，并作出相应的决策和处理。

参考文献：
[1]崔巍.煤矿井下电网监控系统的软件设计[D].山东科技大学，2007.
[2]周涛，刘阳.浅谈煤矿井下电网监控系统的应用[J].河南科技，2013，15：26.
[3]郑晓菁.煤矿井下电网监控系统研究[J].中国科技信息，2013，18：99+101.。