平煤集團十三礦井下供電遠程監測監控系統技術方案17頁.doc
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上傳人:職z****i
編號:1337987
2025-03-04
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1、平煤集團十三礦井下供電遠程監測監控系統技 術 方 案 常州市利安礦用設備廠(常州市武進礦用設備廠)20xx-4-15目 錄一、 簡介 (3)二、 概述 (3)三、 系統基本構成(5)四、 系統監控功能及主要技術指標(9)五、 電調中心(11)六、 電源與接地(15)七、 安裝與調試(16)八、 技術支持與服務(16)九、 系統設備報價(17)一簡介常州市利安礦用設備廠(常州市武進礦用設備廠)始建于一九八八年,是煤炭行業生產礦用隔爆型高壓真空配電裝置和礦用隔爆真空磁力起動器的專業廠家。為了適應市場經濟發展的需求,企業創建了東南自動化研究所,引進了高科技人才,廣泛吸收國內外自動化領域的最新研究成果2、,研制具有國內外先進水平的自動化成套技術裝備。現已研制成功KJ118煤礦井下供電監測監控無人值守的自動化系統、KTK(80)礦用隔爆兼本安型可編程控制裝置以及其配套的傳感器如:KGBR2-拉繩急停傳感器;KGPR1-跑偏開關;KGS1-速度傳感器等新產品,使之更廣泛應用于煤礦、電力、港口、冶金等行業。煤礦井下電力系統尤其集中監控、無人值守、電力的調度更為完善合理。工廠將從單一的煤礦產品逐步發展為電力、港口、冶金,建材等其他各種行業服務,為提高我國工業自動化水平做出新的貢獻。企業位于我國經濟最繁榮的長江三角洲,312國道江蘇省常州戚墅堰段,交通十分方便。廠區占地面積165000平方米,建筑面積63、2600平方米,是一個花園式的科研單位和制造企業,環境優雅,實力雄厚。現有固定資產8500萬元,流動資金5500余萬元。2006年銷售產值1.25億,利稅2000多萬元元。企業現有職工200余名,技術人員占25%,具有高級技術職稱的有18名,其中:教授、研究員、博士生5名 。下設廠部辦公室、營銷中心、生產技術中心、質量保證部等部門,生產,檢測設備齊全,具有一定實力的生產能力,產品銷于全國各大煤礦,質量穩定,尤其是華東各大煤礦,產品覆蓋率達80%以上,產品質量深受用戶好評。二概述井下供電是煤礦生產的根本動力,全力保障井下電網供電安全將從源頭保障煤礦的安全生產,是煤礦企業安全生產的重中之重?,F在最4、迫切的需求是,如何實現在地面對運行中的井下電網信息進行采集、傳輸、顯示,同時進行控制,做到足不出戶對井下情況了如指掌、應對及時準確。近年來,煤礦對井下采區變電所及中央變電所裝備電力監控系統日益重視,尤其希望采區變電所實現無人值守,采用遙測、遙信、遙控。嵌入式數字處理器采集變電所高、低壓開關的電量參數和開關量,實現遙控,已從20世紀90年代流行的單片機主流芯片發展到21世紀初的DSP芯片。主機軟件已從WINDOWS環境下的單機版發展到目前開放式組態網絡版,支持多種網絡協議,如TCP/IP協議等。KJ118遠程電力監測、監控系統是一種結合電腦監視控制、信息遠距離高速傳輸及煤礦井下供電設備信息實時采5、集與控制等技術于一身的綜合性的監視、控制系統。KJ118變電所自動化系統的優越性有幾個方面:(1)安全性:利用屏幕顯示器可以連續監測電力系統的運行情況,及時發現事故,有助于防止事故擴大和縮短停電時間。(2)經濟性:合理地調配電力,為用戶減輕電費支出。(3)提高電網運行質量:運用計算機監測管理平抑電力負荷的峰谷,使電網在較為經濟合理的條件下運行。(4)運行記錄自動化。(5)減員提效、無人職守。(6)組網功能:利用計算機組成局域網,可以很方便地在各職能部門設置工作站,使各級領導在辦公室就可以及時了解到整個電網的運行情況。由于采區變電所位于瓦斯、濕度較大的井下垌室中,環境比較惡劣,電磁干擾極強,客觀6、條件極大的限制了地面電力監測系統直接應用于井下,因此國內一直沒有開發出比較成功的相關產品。常州市利安礦用設備廠在井下高、低隔爆開關及數字化綜合保護器的開發、研制及生產方面擁有多年經驗、眾多的用戶和成熟的技術。在此基礎上,開發出了電力監測與電力保護合一的綜合保護裝置,直接代替采區高、低爆開關的模擬繼電保護裝置,它不僅能完成過流保護、短路保護、漏電保護、絕緣保護、欠壓保護等,而且能將高、低爆開關的分合閘狀態及故障跳閘記錄及時傳送到電力監測系統的主機,還能實時接收主機發出的分/合閘命令,完成自動分/合閘,從而實現采區變電所的無人值守。三系統基本構成平煤集團十三礦要求設計的電力監控系統能對井下中央變電7、所以及各采區變電所的高、低壓開關(高壓配電裝置、高壓磁力起動器、低壓饋電開關)的主要電力參數進行連續監控,地面控制中心設在平煤集團十三礦機電科電力調度室。由控制中心用工控機監測變電所的各項電參數,同時也可以隨時調看各個變電所的運行狀況。變電所系統圖見附圖1平煤集團十三礦電力監控系統的構成分為三個部分,一是電調中心、二是信息通道、三是遠動裝置。見下圖1、電力調度中心:電調中心的主要功能:把變電所遠動裝置傳來的監測信息通過計算機屏幕顯示出來,變電所發生電力故障,主機能自動切換到故障顯示畫面并啟動打印機,打印故障報表。可以發出分、合閘命令,實現遠方控制變電所高低壓開關柜分、合閘。電網中心的主要設備有8、:1臺P4研華工控機,配置1臺21液晶顯示器和1臺寬行打印機,一套高速光纖轉換器,一套穩壓電源系統、UPS不間斷電源。光端機將工控機網絡轉換卡發送的電信息轉換成光信號,送到光纖信道,或將接受到的光信號轉換成電信號送給工控機。2、傳輸信道傳輸信道采用光纖通信,速度高,傳輸距離遠、抗干擾能力強,用于地面中心站到井下KTK(80)/104分站之間的網絡協議通信。主要設備是光端機和光纜,以及光纜連接器(光纜分線盒)。 3、遠動裝置煤礦井下電力變電所的遠動裝置(RTU)主要設備包括KTK(80)/104分站和GZB-ARM-9110型微機綜合保護裝置、PIR-800智能綜合保護器組成。KTK(80)/19、04是一種高性能,高可靠性,高電磁兼容性的嵌入式PC機,體積?。?2mm90mm),網絡接口,CANbus/RS323接口/RS485接口,并行I/O,電子盤接口齊全。KTK(80)/104分站主要功能是采集微機綜保裝置的電參量,傳輸到地面電調中心。PC104軟件自行開發。PC104的網絡接口采用TCP/IP協議與電調中心工控機通信。PC104的CANbus接口與高爆開關柜的數字保護裝置采用異步通信。GZB-ARM-9110型嵌入式智能型高壓綜合保護器,適用于電壓等級為10KV和6KV,額定頻率為50HZ,三相交流中性點不直接接地的供電系統,是專用的高級智能型綜合保護器,可對下屬電網及設備實施10、有效保護。是電力監控系統及煤礦企業管理與控制信息化綜合系統的重要組成部分。本保護器主要功能有:電參量采集與測量、過流、短路、監視、漏電、過壓、欠壓等保護,以及遙測、遙信、遙控功能。適用于10KV、6KV電網中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的供電及變電系統,廣泛用于煤礦地面和井下變電所高壓開關柜的電力監控與保護。在有爆炸性氣體的采區變電所應用時,應放置在防爆柜內。該產品采用32位ARM嵌入式處理器以及專用的電參量檢測芯片和先進的鐵電存儲技術,性價比高,抗干擾性能強,工作穩定可靠,測量精度高,保護跳閘靈敏,人機界面全人性化操作,漢字液晶顯示,現場紅外非接觸式以及遠程參量整定,使用維護方便。PIR11、-800饋電開關智能綜合保護裝置(以下簡稱保護器),是國內首先設計成功的能使用于含有爆炸性氣體(甲烷)和煤塵的煤礦井下智能化多功能綜合保護器,能與380V、660V、1140V、及3.3KV等電壓等級、最大電流至1000A的各種型號饋電開關本體配套使用,以實現供電系統的各種功能。保護器采用了先進的微處理器,高精度的數據處理及先進的保護算法,具有保護精度高、反應速度快等優點。本保護器能實現總開關漏電保護、分開關選擇性漏電保護、漏電閉鎖、過載、短路、三相不平衡(包括斷相)、欠壓等多種保護功能。4、軟件配置本系統主機軟件采用自主開發的電力系統專用工控軟件,該軟件可運行在WindowsXP/Windo12、ws200/NT/98環境下。支持局域網,有專用的電力開發版,配備有常用的圖元符號和作圖軟件。工控軟件的二次開發就是要將上述功能按照平煤十三礦變電所的具體情況,逐一進行組態,滿足用戶的特殊監控需求。四、系統監控功能及主要技術指標1. 數據采集功能本系統主機與KTK(80)/104分站采用TCP/IP網絡協議通信,理論上主機能識別的分站數量不受限制。每個分站可接入的微機綜保裝置基本數量為110個,還可擴展。采集的模擬量(遙測量)包括電壓、電流、有功、無功、功率因數、電網頻率;采集的脈沖量為有功電量和無功電量;采集的開關量為開關分合閘位置輔助接點,以及事故順序記錄等。2. 控制功能主機發送對地址碼13、的分、合閘命令,可實現指定高、低開關的自動分、合閘。3. 計算功能計算電網的功率總加,電量總加,負荷全天最大值、最小值、平均值等。4. 報警(1)越限報警調度員根據電網內各輸電線傳輸能力,各主要變壓器容量,各段母線的電壓值等設定上限或下限值,當實測的運行參數越限時,發出報警信號,計算出的參數如電流值、分區負荷值等超過給定的限值時,也按此處理。(2)開關變位報警開關變位可分為兩類:一類是正常操作變位;一類是事故跳閘變位,兩者具有不同的報警輸出方式。音響輸出:遙測越限,開關變位及事故跳閘時,可用不同的頻率音響提示調度員。畫面輸出:在工作站上,利用顯示器報警做出提示,在開關變位時,自動跳出分站畫面。14、(3)報警功能的容量每個遙測量均可設置越限值兩對,每個開關變位均有報警輸出。5. 事故追憶事故追憶功能是電力系統發生事故時,自動地把故障的有關信息以文件形式記錄下來,供事后分析用,事故追憶的結果,可以在工作站屏幕上顯示,也可以立即打印輸出,事故追憶的文件內容自動存入歷史數據庫。6.具有一鍵恢復功能當井下供電出現突發事故,造成大面積停電,可根據預先設計好的送電程序,在地面上位機啟動緊急狀態一鍵恢復功能,此功能可短時間內恢復變電所供電。7. 趨勢曲線趨勢曲線功能顯示供電網中重要參數隨時間而變化的曲線或棒圖,供調度員觀察這些參數的變化趨勢,觀察的時間段可以設定,最長為24小時,例如:顯示24小時的總15、負荷變化等。趨勢曲線可以是供電網的總有功功率、總無功功率、各分區負荷等,由調度員選定;曲線采樣間隔一般是15分鐘,曲線總量不超過200條。8. 歷史數據存貯歷史數據存貯功能是只將電網中重要的參數,如電網總有功功率、總無功功率、各分區負荷、各重要線路功率、中樞點母線電壓、總電量、分區用電量等的整點值存在磁盤上,調度運行人員可調看一個月內任意一天的有關參數或調看對比性參數,如:同一周日的負荷變化等,也可將其打印出來,歷史數據的存貯可以轉存,作長期保存,硬磁盤上歷史數據的存貯時間按六個月考慮。9. 顯示可以顯示各分站結構圖、負荷、功率圖、數據曲線等畫面。10. 報表打印系統接有1臺打印機,既能編制各16、種報表,又能隨時打印各種操作記錄,事故記錄及其它異常信息,打印具有定時、人工、隨機三種方式(包括畫面拷貝)。11.消息登錄(1)事件記錄將電網運行中發生的事件,開關變位和繼電保護動作的時間(時、分、秒、毫秒),開關及保護名稱,變位后的狀態以及符合次數等登錄下來以便報警及檢查。(2)動作登錄將調度自動化系統發生的問題,如工作站通信中斷等事件記錄下來,以便維修人員檢查、分析。12、主要技術指標(1)系統響應重要遙測越限傳送到主站小于:10秒畫面響應小于: 2秒畫面刷新時間: 5秒(2)主站系統可用率:99.8%(3)網絡速率:10Mbps(4)可接RTU最大數:110個(5)通信誤碼率:0.00017、1五、電調中心1. 概述地面電調中心對礦上各變電所的遙測、遙信、遙控是通過各變電所高壓開關柜配置的GZB-ARM-9110型嵌入式智能型高壓綜合保護器、PIR-800智能綜合保護器來實現的。GZB-ARM-9110型嵌入式智能型高壓綜合保護器、PIR-800智能綜合保護器、采用32位ARM嵌入式處理器以及專用的電參量檢測芯片和先進的鐵電存儲技術,通過交流采樣法直接監測電力系統高、低壓開關柜的電網二次側交流信號,經過數字信號處理,算出電壓、電流、有功、無功、功率因數、工頻頻率等電氣參量,傳送給KTK(80)/104分站,其主要特點為:g. 綜合保護裝置放置在高、低壓開關柜內,體積小、功能強、接線18、方便。h. 直接采集交流信號:電網二次交流信號(PT100V,CT5A)經過測量用互感器線性變換為1V左右的交流信號,進行A/D采樣,無需再配電量變送器,測量精度較高,便于使用與維護。i. 測控功能齊全:具有“三遙”功能(遙測、遙信、遙控)及電度脈沖計數測量功能,還能完成事件順序記錄等。j. 現場總線規約:GZB-ARM-9110型嵌入式智能型高壓綜合保護器、PIR-800智能綜合保護器掛接在CANbus現場總線上,與KTK(80)104分站通信??蓴U展PC104的CANbus接口,實現每臺綜合保護裝置與PC104的一對一實時通信。e. 高性能、高靈活性:電參量測量精度為0.5%。SOE(事件19、順序記錄)分辨率為220ms(可選)電壓、電流變化,保護整定參數可在線修改,硬件資源配置靈活。f. 完善的數字式保護功能,具備高、低壓開關柜的短路、過載、漏電、電纜絕緣、過壓以及開關分合閘狀態的實時監控保護。k. 友好的人機接口:采用105漢字字符液晶顯示器,配合菜單式人機交互界面,操作直觀簡便。運行時顯示電壓、電流、功率等。l. 上下位機閉鎖功能:當高壓開關停電檢修中,為防止遙控誤送電,高壓綜合保護裝置設置一個閉鎖開關,通知主機,使主機暫時解除對該綜合保護裝置的監控,高壓開關可就地停送電。只有解除閉鎖信號,才恢復主機遙控功能。m. 低壓真空饋電開關增加了遠方檢漏功能后,通過上位機對井下變電所20、內的低壓開關發出檢漏命令,低壓真空開關內的保護器接收到命令就可實現檢漏試驗,并把本機開關檢漏試驗是否成功的信息實時返回給上位機,上位機將對信息進行實時記錄,并對遠方檢漏試驗結果和線路發生真正漏電進行區別2. 組成及功能模塊(1)KTK(80)/104型分站由嵌入式PC104模塊,+5VDC/400mA電源等組成,放置在隔爆箱內。配置一個網卡接口和一個CANbus接口,網卡接口與高、低壓開關柜中的綜保裝置通信,匯集各開關柜的監測信息。(2)GZB-ARM-9110型嵌入式綜合保護器主要由ARM主控制模塊、交流采樣模塊、CAN通信模塊和I/O模塊以及人機接口等組成,工作原理框圖如圖2所示。鍵盤基于21、ARM的嵌入式微控制器程序存儲器數據存儲器故障報警液晶顯示屏交流模擬量采集開關量輸入采集人機接口CAN通信接口嵌入式控制中心狀態指示通信接口繼電器分合閘單元執行機構紅外接口紅外遙控器接口 (3)PIR-800智能綜合保護器由采樣電路、檢驗電路、主控板、顯示屏等四部分組成。電流傳感器為穿芯式,可直接穿在三相母線上,便可獲得與一次側電流成正比的電流信號。主控板是對采集的信號進行處理,一方面能實時地在液晶屏上顯示出系統狀態參數,如三相電流及電壓值等等;另一方面在出現故障時能根據故障性質決定脫扣跳閘的時間,顯示并記憶故障相關參數,以便用戶查詢。顯示屏上有六個按鍵,通過簡單操作可隨時對保護器的動作參數進22、行整定。其原理圖如框圖3所示:液晶顯示WDT 微 處 理 器保護執行實時信號采樣光電隔離開關量輸入CAN通訊接口 供電主線路空心電流互感器復式電源(4)隔離器模塊:高、低壓開關柜中綜合保護器送出的串行信號經隔離器隔離,實現隔爆信號與本安信號的隔離。(5)整機環境要求運行環境溫度范圍:-10+55濕度要求:小于95%(不結露)大氣壓力:66-108 kPa接地電阻符合GB2887的規定六電源與接地1概述為了保證電力監測系統的可靠工作,我們把能夠影響系統正常運行的干擾源進行了分析比較,認為要使系統能夠正常工作,必須在電源供給和接地處理上提出一定的措施來阻止或抑制干擾的影響。2供電系統根據電力監測系23、統的工作性質和特點,系統要求供給電力調度中心和RTU兩個獨立可靠的電源,該電源回路內不應接入其它任何負載,以保證電源的穩定性??刂浦行牡碾娫从傻V方提供雙電源。供給計算機及外設部分的電源,先經過交流穩壓電源,保證電源的穩定度,然后再加入不間斷電源裝置,以保證在一回路電源失電或瞬間斷電時,不影響整個系統的正常運行。UPS容量應可以保證系統在交流斷電后系統維持正常工作60分鐘。使系統數據不至于丟失。為了使系統電源工作之間盡量減少相互干擾,計算機部分工作電源與其它電源分開單獨供電。3接地系統接地線的干擾是計算機系統的主要干擾之一,良好的接地系統是計算機正常工作和設備完好的重要保證。所以電力監測系統主站24、和從站都要具有獨立的接地系統,并且要采取適當的措施,使接地電阻滿足如下要求:(1)邏輯接地(信號接地)和功率接地電阻小于1.5歐姆。(2)安全接地的接地電阻不大于4歐姆。(3)防雷保護接地的接地裝置與功率接地裝置相距5米以上。(4)系統主站的計算機機房采取防靜電措施和防潮、通風及防雷處 保護措施。(5)對系統中的設備最好外加屏蔽罩,防止外界高壓輻射干擾對系統弱電回路的影響,所有的屏蔽罩都連在一起與系統的安全接地連在一起。4防雷措施因為電力調度中心的設備安裝在機電調度室內,調度室的防雷系統因覆蓋了本系統的設備部分,可以不予考慮。同時,本系統的電源及相關設備都有一定的防雷設計和措施。通訊的信道采用25、穿管埋地單獨鋪設。安裝時盡量避免高壓電力線或其它通訊線網。七安裝與調試71技術方案設備安裝之前,應當做好以下工作:1根據現場情況選定每個設備的具體安裝位置;2詳細閱讀每個產品說明書,按要求做好下井前的測試;3準備好以下工具:光纜焊接機、光功率計、網絡壓線鉗、網絡測試儀、萬用表、各種扳手、螺絲刀、斜口鉗、鋼絲鉗、筆記本電腦等。72調試設備安裝完畢后,即可以通電測試,測試根據各個設備使用說明書的說明進行。八技術支持與服務系統的技術支持、安裝調試、售后服務由常州市利安礦用設備廠(常州市武進礦用設備廠)全面承擔。本公司是集綜合性開發、生產經營、工程安裝為一體的高新技術企業,在煤礦供電、自動化、信息化領26、域有著豐富的經驗,公司有專業的工程技術隊伍,科學的客戶管理體系,保證了隨時向用戶提供快捷專業的服務。九、供電系統設備報價配套四個變電所高、低壓開關控制系統設備清單序號名 稱型 號單位數量單 價(元)總 價(元)備 注1分站KTK(80)-104臺4660002640002隔離器非標只901650148503接線盒KZK121只35880308004研華工控機P4 3.0臺219500390005工控軟件(網絡版)XJK2.28套155000550006網絡轉換卡(工業級)個2220044007液晶顯示器21臺1462046208打印機Laberjet臺1680068009交流穩壓電源6115-27、25KVA臺13850385010UPS電源山特臺180008000 11集線器16口臺16276271214槽光信號轉換機架WA-1814-2A臺16600660013網絡光端機LF958C個623101386014ST單模光跳線DL50/02-8根20176352015地面光纜終端盒(48口地面)臺2880176016光纜分線盒(地面)個41210484017井下光纜分線盒MGPJ50B-1(8口)臺617601056018井下光纜分線盒MGPJ50B-1(4口)臺613207920195芯控制電纜RVVSP50.3米16008.81408020控制電纜RVVSP41.0米12007.2864021網絡線8芯米3005.5165022網絡水晶壓頭8口個1004340023多用電源插座只53517524控制操作臺定做套18580858025低壓饋電開關KBZ-400/1140臺8816500145200026高壓真空配電裝置PBG23-6臺6813570.0922760.0改造27編程器臺1132001320028系統專用工具非標套1贈送小計2905492安裝調試費+運費(15%)435823.8總價: 3341315.8