钱家营煤矿井下电力监控系统的研究

张太浩

摘 要：该文详细介绍了钱家营矿井下电力监控系统的构建，对电力监控系统各部分硬件组成及系统功能进行了分析。该系统采用嵌入式技术、工业以太网通讯、基于DSP微机综合保护，实现了井下供电系统实时监控一体化。实现了预防供电系统越级跳闸、大面积掉电，迅速定位供电系统故障，缩短恢复送电时间，井下变电所无人值守，提高了供电系统的可靠性与经济性。

关键词：电力监控系统 KJ36A系统 CZB1微机智能保护器

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0026-02

随着社会的发展与科学技术的进步，计算机技术、自动化技术和网络传输技术也迅速的运用于煤矿的生产及安全管理。任何煤矿的安全问题都是重中之重，必须将其放在首位。煤矿井下供电系统的安全更是不容忽视，因此遵循可靠性、实用性和经济性的原则，参照国内最先进的设计准则，在标准化的平台上开发出一套功能实用、使用简单、维护方便、易于扩展的煤矿井下电力自动化远程监测监控系统。显得很有必要。

在现在的矿井开采中，井下供电系统经常出现开关保护误动的现象，造成井下局部或者更大面积的停电事故。事故发生后，由于缺乏电网的实时监测监控，对事故发生的地点和原因不详，恢复供电需要很长的时间，很容易影响矿井安全生产。因此，对井下电力实现自动化远程监测监控管理，对供电系统的运行状态、故障诊断、技术参数以及停送电操作的管理很有必要。

煤矿电力监控系统的发展趋势是实现对各电力回路的监测监控，保障电网的安全供电，实现事故的预警、记录与分析故障情况，快速故障定位，开关定值参数的计算及远程整定，实现变电所的无人值守，实现局级电力调度，最终实现煤矿井上下供电电网的数字化、智能化。

1 系统的构成

钱家营矿井下电力监控系统采用KJ36A电力监控系统。该系统采用三层结构，第一层为监控层；第二层为传输层；第三层为现场控制层。系统结构图见图1。

（1）系统监控层。

电力监控系统后台配置二台电力监控计算机。一台主机，一台备用机，采用双机热备分方式，保证系统运行安全、可靠。另外在监控室设置一台网络服务器，负责将监控数据通过矿井自动化平台在网络上发布，接入局域网的计算机都可以通过WEB方式浏览监控数据。电力监控系统后台主机正常工作时，监控主机和备用机之间能进行数据交换，若监控主机工作异常时，操作人员通过备用机立即执行主机功能向各个变电所发送读取数据指令，并提示用户当前的故障信息。

（2）系统传输层。

该系统采用工业以太环网加现场总线的数据传输结构模式。主干信道是通过井筒主干光纤以太环网传输到中央及采区变电所，通过网络交换机数据接口将变电所的开关数据接入主传输系统；在变电所内设立电力监控主站，采用总线RS485方式采集变电所内开关设备的运行参数和状态，实现设备信息的就地集中数据监测和控制的功能，电力监控分站对采集到的设备信息进行组态，集中上传到地面系统主机。井下变电所内开关设备的运行参数和状态通过综合保护单元采集并输出，变电所的电力参数数据通过以太网传输到电力监控系统后台。系统后台可以网络方式将数据传输到全矿井综合自动化平台，实现数据共享和网络发布。

（3）现场控制层设计。

现场控制层采用智能型高爆开关，高爆开关采用CZB1型微机智能保护器。该综合保护器硬件平台采用DSP+CPLD为核心的方式来设计。通过电流、电压互感器，零序电流互感器，瓦斯、风电、绝缘监视等闭锁接点采集参数，输入CPU模块，完成保护功能、测控功能、人机对话功能、各种自检及其他相关逻辑。通过RS485通讯模块及时将井下电气设备的电气参数，运行参数，电量信息，设备工况以及故障信息发送到地面调度中心，同时也能够接收地面调度主站发出的遥控、定值设定和信号复归等命令，实现开关远程操作。

2 系统主要功能

井下电力监控系统主要是通过建立上位机监控系统（KJ36A）实现多功能操作、参数的读取与命令的发送。而系统搭建的基础主要靠CZB1智能保护器来完成，因此系统能否实现各种功能，控制高爆开关的运行，直接取决于智能保护器的功能。

（1）KJ36A主要功能。

①五遥联动功能，实现电力系统的遥信、遥测、遥控、遥视、遥调等“五遥”功能。

②停送电开关挂牌功能，通过系统后台和电力监控站设置挂牌闭锁操作，闭锁开关分合闸操作。

③实时供电状态监测功能，实时显示并监测开关设备的运行情况，在一个界面上按顺序排列同时显示各个变电所的每一台开关的运行情况，用户通过操作可以直观的观察到设备的实时电压、工作电流及开关分合闸状态等电力参数。

④预警报警功能，动态的显示越限、故障报警，工作人员可随时掌握电网运行状态，发生越限、故障时，系统能发出声音报警，同时在报警信息窗口显示其报警类型、报警状态、报警时间等。

⑤查询功能，可分时段对监控设备进行故障记录查询，用表格形式列出需查询时间段的所有报警记录，包括报警设备、报警参数、报警时间、报警类型、报警内容及值班员等。

⑥异常处理记录，综合保护器故障时音响报警；并在事件记录中记录故障值。

⑦报表及曲线打印、显示。

（2）CZB1微机智能保护器功能。

①保护功能，三段式过流保护、反时限保护、电缆绝缘监视保护、漏电保护、过电压保护、低电压保护、风电闭锁和瓦斯闭锁。

②故障录波功能，保护器每周波采样24点，应用快速FFT算法，能准确实时采集电压和电流信号。实时计算有功功率、无功功率、功率因数，当开关出现过流故障时能通过故障录波迅速的查处故障时段的录波参数。

③开关控制功能，新型操作控制回路，自动根据开关负荷适应跳、合闸电流。控制方式可采用无源接点控制方式，有源接点控制方式，增强保护器的适应能力。

④系统通信功能，保护器通过现场总线和以太网与系统连接组成光纤环网的以太网系统，使用现场总线具有响应速度快、节省通讯线的优势。

3 结论

钱家营矿电力监控系统已经使用将近两年的时间，井下高爆开关可以实现100%远程操控，有效的预防了井下大面积掉电，越级跳闸等问题。期间伴随着系统的使用，建立了很多的开关日常检修、试验、上位机维护等制度，采取了很多的防范措施，使KJ36A系统的平台得到有效的发挥。为了能使系统更加可靠的运行仍需要很多改进，如上位机故障报警信息改进。目前当井下高爆开关出现过流、瓦斯、风电等故障报警时，会在系统界面“实时报警框”和数据库记录，但在系统操作界面没有故障情况显示。故障内容、故障重要等级、故障是否复位等无法通过操作界面直接反映出来。现有监控中心操作员主要是变电站值班电工，工作繁忙、开关多，一旦井下出现大面积掉电将导致恢复送电时间加长，造成矿井供电安全隐患。因此随着系统的不断升级改造，井下电力监控系统必将更加完善可靠。

参考文献

[1] 王海波，史友仁.煤矿电力监控系统的研究与应用[J].工矿自动化，2009（7）：130-133.

[2] 郭齐.现代矿井安全供电监控系统改造的研究[Z].2012（5）.

摘 要：该文详细介绍了钱家营矿井下电力监控系统的构建，对电力监控系统各部分硬件组成及系统功能进行了分析。该系统采用嵌入式技术、工业以太网通讯、基于DSP微机综合保护，实现了井下供电系统实时监控一体化。实现了预防供电系统越级跳闸、大面积掉电，迅速定位供电系统故障，缩短恢复送电时间，井下变电所无人值守，提高了供电系统的可靠性与经济性。

关键词：电力监控系统 KJ36A系统 CZB1微机智能保护器

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0026-02

随着社会的发展与科学技术的进步，计算机技术、自动化技术和网络传输技术也迅速的运用于煤矿的生产及安全管理。任何煤矿的安全问题都是重中之重，必须将其放在首位。煤矿井下供电系统的安全更是不容忽视，因此遵循可靠性、实用性和经济性的原则，参照国内最先进的设计准则，在标准化的平台上开发出一套功能实用、使用简单、维护方便、易于扩展的煤矿井下电力自动化远程监测监控系统。显得很有必要。

在现在的矿井开采中，井下供电系统经常出现开关保护误动的现象，造成井下局部或者更大面积的停电事故。事故发生后，由于缺乏电网的实时监测监控，对事故发生的地点和原因不详，恢复供电需要很长的时间，很容易影响矿井安全生产。因此，对井下电力实现自动化远程监测监控管理，对供电系统的运行状态、故障诊断、技术参数以及停送电操作的管理很有必要。

煤矿电力监控系统的发展趋势是实现对各电力回路的监测监控，保障电网的安全供电，实现事故的预警、记录与分析故障情况，快速故障定位，开关定值参数的计算及远程整定，实现变电所的无人值守，实现局级电力调度，最终实现煤矿井上下供电电网的数字化、智能化。

1 系统的构成

钱家营矿井下电力监控系统采用KJ36A电力监控系统。该系统采用三层结构，第一层为监控层；第二层为传输层；第三层为现场控制层。系统结构图见图1。

（1）系统监控层。

电力监控系统后台配置二台电力监控计算机。一台主机，一台备用机，采用双机热备分方式，保证系统运行安全、可靠。另外在监控室设置一台网络服务器，负责将监控数据通过矿井自动化平台在网络上发布，接入局域网的计算机都可以通过WEB方式浏览监控数据。电力监控系统后台主机正常工作时，监控主机和备用机之间能进行数据交换，若监控主机工作异常时，操作人员通过备用机立即执行主机功能向各个变电所发送读取数据指令，并提示用户当前的故障信息。

（2）系统传输层。

该系统采用工业以太环网加现场总线的数据传输结构模式。主干信道是通过井筒主干光纤以太环网传输到中央及采区变电所，通过网络交换机数据接口将变电所的开关数据接入主传输系统；在变电所内设立电力监控主站，采用总线RS485方式采集变电所内开关设备的运行参数和状态，实现设备信息的就地集中数据监测和控制的功能，电力监控分站对采集到的设备信息进行组态，集中上传到地面系统主机。井下变电所内开关设备的运行参数和状态通过综合保护单元采集并输出，变电所的电力参数数据通过以太网传输到电力监控系统后台。系统后台可以网络方式将数据传输到全矿井综合自动化平台，实现数据共享和网络发布。

（3）现场控制层设计。

现场控制层采用智能型高爆开关，高爆开关采用CZB1型微机智能保护器。该综合保护器硬件平台采用DSP+CPLD为核心的方式来设计。通过电流、电压互感器，零序电流互感器，瓦斯、风电、绝缘监视等闭锁接点采集参数，输入CPU模块，完成保护功能、测控功能、人机对话功能、各种自检及其他相关逻辑。通过RS485通讯模块及时将井下电气设备的电气参数，运行参数，电量信息，设备工况以及故障信息发送到地面调度中心，同时也能够接收地面调度主站发出的遥控、定值设定和信号复归等命令，实现开关远程操作。

2 系统主要功能

井下电力监控系统主要是通过建立上位机监控系统（KJ36A）实现多功能操作、参数的读取与命令的发送。而系统搭建的基础主要靠CZB1智能保护器来完成，因此系统能否实现各种功能，控制高爆开关的运行，直接取决于智能保护器的功能。

（1）KJ36A主要功能。

①五遥联动功能，实现电力系统的遥信、遥测、遥控、遥视、遥调等“五遥”功能。

②停送电开关挂牌功能，通过系统后台和电力监控站设置挂牌闭锁操作，闭锁开关分合闸操作。

③实时供电状态监测功能，实时显示并监测开关设备的运行情况，在一个界面上按顺序排列同时显示各个变电所的每一台开关的运行情况，用户通过操作可以直观的观察到设备的实时电压、工作电流及开关分合闸状态等电力参数。

④预警报警功能，动态的显示越限、故障报警，工作人员可随时掌握电网运行状态，发生越限、故障时，系统能发出声音报警，同时在报警信息窗口显示其报警类型、报警状态、报警时间等。

⑤查询功能，可分时段对监控设备进行故障记录查询，用表格形式列出需查询时间段的所有报警记录，包括报警设备、报警参数、报警时间、报警类型、报警内容及值班员等。

⑥异常处理记录，综合保护器故障时音响报警；并在事件记录中记录故障值。

⑦报表及曲线打印、显示。

（2）CZB1微机智能保护器功能。

①保护功能，三段式过流保护、反时限保护、电缆绝缘监视保护、漏电保护、过电压保护、低电压保护、风电闭锁和瓦斯闭锁。

②故障录波功能，保护器每周波采样24点，应用快速FFT算法，能准确实时采集电压和电流信号。实时计算有功功率、无功功率、功率因数，当开关出现过流故障时能通过故障录波迅速的查处故障时段的录波参数。

③开关控制功能，新型操作控制回路，自动根据开关负荷适应跳、合闸电流。控制方式可采用无源接点控制方式，有源接点控制方式，增强保护器的适应能力。

④系统通信功能，保护器通过现场总线和以太网与系统连接组成光纤环网的以太网系统，使用现场总线具有响应速度快、节省通讯线的优势。

3 结论

钱家营矿电力监控系统已经使用将近两年的时间，井下高爆开关可以实现100%远程操控，有效的预防了井下大面积掉电，越级跳闸等问题。期间伴随着系统的使用，建立了很多的开关日常检修、试验、上位机维护等制度，采取了很多的防范措施，使KJ36A系统的平台得到有效的发挥。为了能使系统更加可靠的运行仍需要很多改进，如上位机故障报警信息改进。目前当井下高爆开关出现过流、瓦斯、风电等故障报警时，会在系统界面“实时报警框”和数据库记录，但在系统操作界面没有故障情况显示。故障内容、故障重要等级、故障是否复位等无法通过操作界面直接反映出来。现有监控中心操作员主要是变电站值班电工，工作繁忙、开关多，一旦井下出现大面积掉电将导致恢复送电时间加长，造成矿井供电安全隐患。因此随着系统的不断升级改造，井下电力监控系统必将更加完善可靠。

参考文献

[1] 王海波，史友仁.煤矿电力监控系统的研究与应用[J].工矿自动化，2009（7）：130-133.

[2] 郭齐.现代矿井安全供电监控系统改造的研究[Z].2012（5）.

摘 要：该文详细介绍了钱家营矿井下电力监控系统的构建，对电力监控系统各部分硬件组成及系统功能进行了分析。该系统采用嵌入式技术、工业以太网通讯、基于DSP微机综合保护，实现了井下供电系统实时监控一体化。实现了预防供电系统越级跳闸、大面积掉电，迅速定位供电系统故障，缩短恢复送电时间，井下变电所无人值守，提高了供电系统的可靠性与经济性。

关键词：电力监控系统 KJ36A系统 CZB1微机智能保护器

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0026-02

随着社会的发展与科学技术的进步，计算机技术、自动化技术和网络传输技术也迅速的运用于煤矿的生产及安全管理。任何煤矿的安全问题都是重中之重，必须将其放在首位。煤矿井下供电系统的安全更是不容忽视，因此遵循可靠性、实用性和经济性的原则，参照国内最先进的设计准则，在标准化的平台上开发出一套功能实用、使用简单、维护方便、易于扩展的煤矿井下电力自动化远程监测监控系统。显得很有必要。

在现在的矿井开采中，井下供电系统经常出现开关保护误动的现象，造成井下局部或者更大面积的停电事故。事故发生后，由于缺乏电网的实时监测监控，对事故发生的地点和原因不详，恢复供电需要很长的时间，很容易影响矿井安全生产。因此，对井下电力实现自动化远程监测监控管理，对供电系统的运行状态、故障诊断、技术参数以及停送电操作的管理很有必要。

煤矿电力监控系统的发展趋势是实现对各电力回路的监测监控，保障电网的安全供电，实现事故的预警、记录与分析故障情况，快速故障定位，开关定值参数的计算及远程整定，实现变电所的无人值守，实现局级电力调度，最终实现煤矿井上下供电电网的数字化、智能化。

1 系统的构成

钱家营矿井下电力监控系统采用KJ36A电力监控系统。该系统采用三层结构，第一层为监控层；第二层为传输层；第三层为现场控制层。系统结构图见图1。

（1）系统监控层。

电力监控系统后台配置二台电力监控计算机。一台主机，一台备用机，采用双机热备分方式，保证系统运行安全、可靠。另外在监控室设置一台网络服务器，负责将监控数据通过矿井自动化平台在网络上发布，接入局域网的计算机都可以通过WEB方式浏览监控数据。电力监控系统后台主机正常工作时，监控主机和备用机之间能进行数据交换，若监控主机工作异常时，操作人员通过备用机立即执行主机功能向各个变电所发送读取数据指令，并提示用户当前的故障信息。

（2）系统传输层。

该系统采用工业以太环网加现场总线的数据传输结构模式。主干信道是通过井筒主干光纤以太环网传输到中央及采区变电所，通过网络交换机数据接口将变电所的开关数据接入主传输系统；在变电所内设立电力监控主站，采用总线RS485方式采集变电所内开关设备的运行参数和状态，实现设备信息的就地集中数据监测和控制的功能，电力监控分站对采集到的设备信息进行组态，集中上传到地面系统主机。井下变电所内开关设备的运行参数和状态通过综合保护单元采集并输出，变电所的电力参数数据通过以太网传输到电力监控系统后台。系统后台可以网络方式将数据传输到全矿井综合自动化平台，实现数据共享和网络发布。

（3）现场控制层设计。

现场控制层采用智能型高爆开关，高爆开关采用CZB1型微机智能保护器。该综合保护器硬件平台采用DSP+CPLD为核心的方式来设计。通过电流、电压互感器，零序电流互感器，瓦斯、风电、绝缘监视等闭锁接点采集参数，输入CPU模块，完成保护功能、测控功能、人机对话功能、各种自检及其他相关逻辑。通过RS485通讯模块及时将井下电气设备的电气参数，运行参数，电量信息，设备工况以及故障信息发送到地面调度中心，同时也能够接收地面调度主站发出的遥控、定值设定和信号复归等命令，实现开关远程操作。

2 系统主要功能

井下电力监控系统主要是通过建立上位机监控系统（KJ36A）实现多功能操作、参数的读取与命令的发送。而系统搭建的基础主要靠CZB1智能保护器来完成，因此系统能否实现各种功能，控制高爆开关的运行，直接取决于智能保护器的功能。

（1）KJ36A主要功能。

①五遥联动功能，实现电力系统的遥信、遥测、遥控、遥视、遥调等“五遥”功能。

②停送电开关挂牌功能，通过系统后台和电力监控站设置挂牌闭锁操作，闭锁开关分合闸操作。

③实时供电状态监测功能，实时显示并监测开关设备的运行情况，在一个界面上按顺序排列同时显示各个变电所的每一台开关的运行情况，用户通过操作可以直观的观察到设备的实时电压、工作电流及开关分合闸状态等电力参数。

④预警报警功能，动态的显示越限、故障报警，工作人员可随时掌握电网运行状态，发生越限、故障时，系统能发出声音报警，同时在报警信息窗口显示其报警类型、报警状态、报警时间等。

⑤查询功能，可分时段对监控设备进行故障记录查询，用表格形式列出需查询时间段的所有报警记录，包括报警设备、报警参数、报警时间、报警类型、报警内容及值班员等。

⑥异常处理记录，综合保护器故障时音响报警；并在事件记录中记录故障值。

⑦报表及曲线打印、显示。

（2）CZB1微机智能保护器功能。

①保护功能，三段式过流保护、反时限保护、电缆绝缘监视保护、漏电保护、过电压保护、低电压保护、风电闭锁和瓦斯闭锁。

②故障录波功能，保护器每周波采样24点，应用快速FFT算法，能准确实时采集电压和电流信号。实时计算有功功率、无功功率、功率因数，当开关出现过流故障时能通过故障录波迅速的查处故障时段的录波参数。

③开关控制功能，新型操作控制回路，自动根据开关负荷适应跳、合闸电流。控制方式可采用无源接点控制方式，有源接点控制方式，增强保护器的适应能力。

④系统通信功能，保护器通过现场总线和以太网与系统连接组成光纤环网的以太网系统，使用现场总线具有响应速度快、节省通讯线的优势。

3 结论

钱家营矿电力监控系统已经使用将近两年的时间，井下高爆开关可以实现100%远程操控，有效的预防了井下大面积掉电，越级跳闸等问题。期间伴随着系统的使用，建立了很多的开关日常检修、试验、上位机维护等制度，采取了很多的防范措施，使KJ36A系统的平台得到有效的发挥。为了能使系统更加可靠的运行仍需要很多改进，如上位机故障报警信息改进。目前当井下高爆开关出现过流、瓦斯、风电等故障报警时，会在系统界面“实时报警框”和数据库记录，但在系统操作界面没有故障情况显示。故障内容、故障重要等级、故障是否复位等无法通过操作界面直接反映出来。现有监控中心操作员主要是变电站值班电工，工作繁忙、开关多，一旦井下出现大面积掉电将导致恢复送电时间加长，造成矿井供电安全隐患。因此随着系统的不断升级改造，井下电力监控系统必将更加完善可靠。

参考文献

[1] 王海波，史友仁.煤矿电力监控系统的研究与应用[J].工矿自动化，2009（7）：130-133.

[2] 郭齐.现代矿井安全供电监控系统改造的研究[Z].2012（5）.