北京和利时自动化驱动技术有限公司研发FA11智能供电监控系统及装置

1.概述

KJ626煤矿供电监控系统是基于和利时公司自主开发的LM系列矿用电器智能保护器、煤矿用电力分站以及专用电力软件等成熟产品的基础上，充分考虑到矿山供电的实际情况而设计制造的对煤矿井下供电进行监测监控的一个重要生产子系统，该系统可实现井下变电所遥控、遥测、遥信、遥调“四遥”功能，从而实现井下变电所无人或少人值守，对煤矿地面和井下供电系统实施一体化的实时监控，智能化程度的提高在减员增效以及节能方面也起到了至关重要的作用，同时供电系统对现场设备状态实时监测，实现对设备寿命周期管理，对预防维护和确定性维护功能有着关键作用，最终实现降低倒闸时间、快速准确故障定位，有效提高供电系统供电可靠性，保障煤矿开采安全稳定、节能经济的高效进行。

2.系统组成

（1）系统描述

和利时KJ626煤矿供电监控系统主要包括地面监控主机、专业电力监控软件、井下监控分站、以LM系列矿用电器智能保护器为核心单元的矿用防爆电器及地面和井下网络交换机组成，煤矿供电监控系统图如图1所示。

图1 煤矿供电监控系统图

1）地面监控主机：采用专业的电力监控软件PowerPro，对煤矿供电系统实时监控，并通过主、备机双机互备提高系统的可靠性。

2）井下监控分站：井下监控分站通过多路RS485/CAN总线连接矿用高低压电器，通过工业以太环网连接地面监控主机。具有数据的采集、显示、控制及传输等功能。

3）矿用防爆电器（LM系列矿用电器智能保护器为核心单元）：矿用高压配电装置、矿用隔爆型低压交流电磁起动器、矿用防爆型高压交流真空电磁起动器、矿用隔爆型馈电开关、矿用隔爆兼本质安全型组合起动器（矿用隔爆型组合开关）、矿用干式变压器、移动变电站等，这些矿用防爆电器的核心单元为和利时的LM系列矿用智能保护器，通过LM系列矿用智能保护器及数据采集模块、电参量变送器等，采用RS485或CAN总线连接到井下监控分站。

4）光纤通信网络：多个地面和井下网络交换机之间通过光缆组成工业以太环网，作为数据传输平台。

（2）系统特点

和利时KJ626煤矿供电监控系统，采用自主研发专用电力系统软件PowerPro实现系统的构架，在电力监控主机上实现配电所的数据监测与控制，实现配电变电所的无人值守。

井下监控分站具备RS485和CAN通信接口，可以接入国内绝大多数厂家的煤矿供电设备，支持如Modbus、IEC60870-5-101/102/103/104、CDT、DNP3.0、OPC多种通信协议。配备彩色显示屏，实时显示状态数据、组态画面、故障报警等信息。

LM系列矿用电器智能保护器，集测量、控制与保护于一体，稳定可靠，可以直接与和井下监控分站实现“无缝”连接。

系统能有效实时监测设备运转情况，定时限进行故障保护，具有故障自诊断功能，此外和利时LM系列矿用电器智能保护器具有精确的欠电压延时保护功能，可以躲避线路瞬时失电压，避免其引起的大面积跳闸。

系统具备完善的越限提醒、故障报警等功能，一旦出现故障，能快速定位故障类型和故障地点，缩短维修时间，减少停电时间。

可选择接入视频摄像头，可以在地面视频监控机上存储、监视和刻录。

三级设备相对独立：主机、分站、供用电设备都能进行就地操作，三级设备独立工作，上级设备和通信线路的损坏不影响底层设备的运行。

3.系统功能

1）煤矿供电监控系统能实时反映馈电开关分合状态、电流、电压、功率、温度等模拟量数值、变压器及电缆是否带电等信息，实时信息显示图如图2所示。

2）遥信功能实时反映开关的分、合闸状态，包括开关运行参数、正常、事故遥信变位。

3）遥测功能实时监测供电系统的电压、电流、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、功率因数及绝缘监视电阻等参数。

4）遥控功能地面远程控制及闭锁、井下开关断路器或接触器的遥控分、合闸操作，保护信号复归操作和启动录波操作等。

5）遥调功能远方保护定值召唤、整定修改及打印。

6）保护功能具有漏电闭锁、过电流短路、过负荷等、欠电压、过电压、接地、断相保护功能，抗干扰能力强，动作准确可靠。系统具有自诊断功能，当系统中智能保护器、分站、传输光缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。

7）系统具有以地点、名称和设备编号为索引的存储和查询功能，如馈电开关分合等开关量变化时刻及状态设备故障恢复正常工作时刻及状态等，过电流短路、过负荷、过电压、断相、接地、漏电、误操作等保护恢复时刻及状态。

8）系统具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能。能在同一坐标上用不同颜色显示最大值、平均值、最小值等曲线。可设时间标尺，并可显示出对应时间标尺的模拟量值和时间等。系统应能在同一时间坐标上，同时显示模拟量曲线和开关状态图等。

图2 煤矿供电系统实时信息显示图

9）系统具有软件自监视功能，系统上位机具有实时显示各种监测数据、图形、曲线和表格等功能，能够完成历史曲线打印、报表查询、报表设计和图形绘制等功能。

10）系统具有人机对话功能，以便于系统参数修改、功能调用、控制命令输入等，并具有操作权限管理功能。

11）系统具有双机切换功能。系统主机双机互备，并具有手动切换功能，当工作主机发生故障时，备份主机投入工作。

4.关键设备描述

（1）煤矿隔爆兼本安分站（见图3）

1）数据查询功能：通过配备的彩色显示屏和操作按键，可以查询连接在分站上的所有的底层设备和分站自身的实时数据、定值等参数界面显示功能。(www.xing528.com)

2）数据传输功能：

上传：把底层设备的遥测、遥信、SOE、录波等数据上传地面计算机监控软件。

下传：根据地面计算机监控软件的命令实现各个开关的合、分闸操作，以及根据地面计算机软件进行底层设备的定值等参数设定功能。

3）数据掉电保持功能：井下分站内部集成有不间断电源，在系统掉电情况下，可以实现数据的存储和传输。

图3 煤矿隔爆兼本安分站示意图

（2）LM系列矿用电器智能保护器

1）通用功能描述：

a）测量和显示功能：实时测量开关、移变、磁力起动器等井下电力设备的电流、电压、频率、功率、电能、相位角、开关状态、漏电电阻值等参数，通过彩色显示屏或者文本屏进行数据显示。

b）保护功能：具有完善的煤矿电力系统保护功能，包括过电压、欠电压、过电流、短路、漏电、过负荷、断相、绝缘监测等保护功能。

c）控制功能：具有远程和就地控制功能，可以通过远程计算机实现对底层设备的控制，也可以通过当地显示屏进行控制。

d）参数设定功能：具有远程和就地参数设定功能，可以通过远程计算机实现对底层设备的定值、网络参数的设定，也可以通过当地显示屏进行设置。

e）通信功能：本安型RS485接口与以太网，支持标准Modbus-RTU、Modbus-TCP、PROFIBUS-DP等协议，具备数据和故障信息的实时上传和远程控制、参数设定功能。

2）保护器特点：

a）具有专用保护一体机和智能PLC型保护器两种类型，更好地满足供配电不同应用场合的需要；

b）专用保护一体机特点：“傻瓜型”结构，操作简单方便，易维护；

c）智能PLC型保护器特点：

①利用目前市场绝无仅有的PLC交流AD采样技术，采样速度快，抗干扰能力强，对柜控设备的电压、电流进行采集，实现PLC式的控制、保护和测量功能。

②智能PLC型保护器I/O扩展方便，可以实现用户可编程，其编程软件应符合IEC61131-3标准。

③可选配彩色显示屏，操作界面友好，模块内部集成有本安型RS485通信接口。

d）实现厂区电网质量实施监测，为改善用电质量提供科学数据依据。

e）将原系统的保护、计量和控制三网合一，系统简化，接线数量大大减少。

f）系统元件简化，接线少、易维护、故障率低。

3）保护器分类：保护器分为专用一体机（LM3560\LM3561\LM3562等）以及智能PLC型（LM3108G\LM3166\LM3108K\LM3167等），具体对应开关类型见表1，示意图如图4所示。

表1 矿用智能保护器对应开关类型表

5.通信架构及采用的通信协议

采用通用现场总线方式RS485、CAN等可与站内其他煤矿供电设备进行通信，可以接入国际国内绝大多数厂家的煤矿供电设备，同时可以通过RS485、以太网与监控系统进行通信，支持如Modbus、IEC60870-5-101/102/103/104、CDT、DNP3.0、OPC等多种通信协议。

图4 和利时LM系列矿用高低压智能保护器

6.适用范围

和利时煤矿智能供电监控系统适应于煤矿6/10kV及以下变电站监控系统。同时可作为主要煤炭开关厂配套完成高低压配电柜保护测控功能，设备本身满足防爆要求，满足煤矿、非煤矿山、洗煤厂、煤场、码头，石油、化工、其他危化品生产储运单位的供配电系统，以及其他工矿企业的供配电应用。

7.实际应用情况

煤矿供电监控系统自在神华宝日希勒、开滦钱家营、龙煤双鸭山、徐州铁矿集团安装运行，运行稳定可靠，提高了煤矿的用电管理水平，可靠的实现了遥信、遥测、遥控、遥调，进一步推进了煤矿供电管理向数字化，智能化的发展。同时矿用智能保护装置与国内各类煤炭开关厂配套，用户反馈良好，对整个煤炭供配电的安全生产用电和节电提供了良好的保障。

（作者：北京和利时自动化驱动技术有限公司 袁石良 王彦斌 龚涛）