概要设计煤矿井下供电监控系统2Word格式.docx
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八、分工与合作
九、开发步骤
一、现状与问题
煤矿井下供电一般采用逐级供电方式,多采用地面变电所——井下中央变电所——采区变电所——移动变电站——馈电(磁力启动器、真空馈电开关)。
各矿依据自身的生产规模有所不同。
由于各变电所(站、磁力启动器、真空馈电开关)下控多个用电设备,一旦某一用电设备出现漏电或短路等故障时,就会造成该变电所(站、磁力启动器、真空馈电开关)所控制的所有设备全部断电,这就给煤矿生产造成了麻烦,事故排查工作十分困难,严重影响煤矿的安全和生产。
因此,煤矿急需能够及时掌握各个设备的用电情况,并且能够对每个设备进行单独控制,这样就能减少影响煤矿安全和生产的不稳定因素,做到供电稳定、终端控制、分源控制、智能断电。
“煤矿安全规程”中对井下供电提出明确的要求:
第451条井下高压电动机、动力变压器的高压控制
设备,应当具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护;
井
下由采区变电所、移动变电站或者配电点引出的馈电线
上,必须具有短路、过负荷和漏电保护.低压电动机的控
制设备,必须具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保
护及远程控制功能。
第453条煤电钻必须使用具有检漏、漏电闭锁、短
路、过负荷、断相和远距离控制功能的综合保护装置.
开封测控技术有限公司开发的KJ357矿空电力监控系统以及QDL9000电力监控系统等,这些系统普遍只解决了井下变电所、移动变电站和馈电、开关的监控问题,没有实现对工作现场各种设备用电的工作状态监控,无法真正避免因个别设备导致的井下大面积长时间停电事故的发生,并且此类故障排查十分困难,无法做到井下控电管理的精准和有针对性,煤矿井下断电越级现象时有发生,不能真正做到分源控制、智能断电。
系统是对井下所有变电所(站)供电设备、主要生产用电设备的工作状态进行实时监测、控制、管理和安全保护,实现煤矿供电系统和用电设备的在线监测、远程操作控制、实时故障报警、数据统计分析、运行安全保护、用电计量管理;
实现供电系统及用电设备“四遥操控”(遥测、遥控、遥调、遥信),解决煤矿供电系统越级跳闸导致突发大面积和长时间停电等煤矿供电难题,真正实现对特定故障设备的分控管理,做到有故障就关断,无故障不关断,彻底避免了井下大面积长时间通电事故的发生。
实现煤矿供电系统和生产设备的全面自动化监控,构建井下“无人值守”的变电所和用电管理系统。
本系统最突出的特点在于真正解决的煤矿井下供电管理“最后一公里”的问题,也就是生产现场最末端用电设备的工作状态监测问题,从而延长了供电系统的监控范围和区域,真正实现了对井下全部供电系统的监管。
五、技术路线
本系统的技术路线采用监测与控制并行,光纤与载波共用。
地面监控中心与井下各级变电所(包括移动变电站)之间均采用光纤网络通讯方式;
最末级变电所(或移动变电站)到供电设备之间采用电力载波通讯手段。
整个系统由三级通讯构成:
第一级为地面监控中心与井下各级监控分站之间,采用IP网络通讯工作方式;
第二级为各级监控分站与电力载波模块之间,采用由监控分站主叫的巡检工作方式;
第三级为电力载波模块与各状态监测模块之间,采用电力载波模块主叫的巡检工作方式。
六、整体设计框架
1、系统拓扑关系
电力载波模块
状态监测模块
监测分站
2、系统组成
整体由四部分构成:
地面监控中心、网络通讯部分、各级变电所(站)监控分站部分、末端状态采集及载波传输部分。
地面监控中心由计算机等组成,设在调度室内;
网络通讯部分由光纤、两端的网络设备以及电源
等构成。
各级变电所(站)监控分站部分由监控分站、所
(站)内设备供电状态监测设备、本安电源等组成。
末端状态采集及载波传输部分由设备工作状态监
测模块(1140、660、127三种)、载波通讯模块(收
发各一个)等组成。
详见下图:
127V
1140V
3、系统指标
3.1带载分站数量:
32个
3.2控端执行时间:
不大于2s
3.3误码率:
不大于10-8
4、系统功能
4.1监测采掘工作面所有用电设备的状态——供电电压、工作电流等;
4.2及时发现供电线路可能存在的故障隐患;
4.3远程控制采掘工作面设备的供电开关;
4.4及时发现用电设备的浪涌隐患;
4.5对用电设备超过允许工作条件进行预警;
4.6对井下个别存在用电隐患的设备进行远程断电并进行预警提醒;
1、电力载波模块
是一个独立设备,用于接收多路数据,并将数据重组后利用127v电源线传送到移动变电站的监控分站;
同时可输出多路控制信息(开关量)。
接收数据的方式应具备有线和无线两种方式,有线可采用RS485,无线可采用Zigbee或WIFI;
最好采用无线方式;
接收数据的数量建议为4或8路;
控制信号的传输方式也建议采用具备无线和有线两种方式,若一种的话建议采用无线方式;
控制信息的数量也建议4或8路;
载波模块的最长通讯距离为1.5km,若实际距离超过1.5km,可采用中继方式来延长通讯距离;
硬件设计要求:
电路采用本安设计,设备体积和重量尽可能小;
应有通讯、供电工作指示;
软件设计要求:
应具备设备自识别功能,定期巡检所连接设备的监测结果;
若无应答,应给出故障标志,待分站巡检时上传给分站。
巡检周期可默认或远程设定。
2、状态监测模块
为一个独立工作的设备,用于监测所连接设备的工作电压、工作电流等参数。
监测结果通过无线或有线方式传送给电力载波模块。
该模块输入为设备所需的供电电源,输出为设备所需的供电电源,以及监测的数据。
设备应有工作、通电、通讯等状态指示。
该设备的硬件设计应最好采用本安式设计,若不可行再采用隔爆方式设计。
该设备得软件设计应考虑设备自带编码,可实时监测设备工作状态,并将监测结果保存在本机中,待接到电力载波模块指令后,将最新监测结果上传。
本机可考虑自带预警和报警功能,可具体商榷。
3、监控分站
为一个独立工作的设备,用于巡检电力载波模块的数据,以及将接收到的数据上传给地面监控中心。
同时,显示所管控区域内设备的工作状态,接收并执行地面监控中心的指令。
该设备具备显示、数据接收/上传、预警以及按键设置并控制的功能。
设备显示建议采用5寸或7寸的液晶显示触摸屏,采取图形化显示,设计3-5个触摸按键,实现设置和控制的功能。
4、监控软件
具备的功能及界面:
4.1系统设备运行状态图
4.2各变电所设备运行状态图
4.3各采掘工作场所设备运行状态图
4.4系统遥测结果一览表
4.5各单独设备操控窗口
4.5系统运行各参数设置表格
4.6预警参数设置表格
4.7各统计分析图表
4.8各区域电压实时曲线
4.9各区域电流历史及实时曲线
4.10历史断电事故查询
4.11各工作日志查询等
整体分成两块:
第一块:
核心技术部分——电力载波模块和监测状态模块由理工大学雄老师负责,圣宜达公司全力配合;
第二块:
其它部分的开发均由圣宜达公司承担,内部具体划分另行商议。
开发总体分为三个阶段:
第一阶段,核心技术原理性试验阶段。
主要进行电力载波的通讯距离、抗干扰能力以及高压情况下工作状态的监测问题
第二阶段,在第一阶段通过的前提下,开始整个项目的开发,包括所有软硬件的开发,最终拿出系统样机,具备送检的条件。
第三阶段,系统送检,同时进行小批量生产前的技术完善和准备工作。
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