关于新丰煤矿自动化改造方案概述.docx
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关于新丰煤矿自动化改造方案概述
郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿
自动化改造方案
为节能降耗降低成本,提高矿井自动化水平,新丰煤矿研究决定对地面空压机、主通风机、采区变电所、主排水泵房、主皮带运输机进行自动化技术改造,以便在地面中控室实现对上述场所的远程监测监控、集中控制。
1、成立项目组
组长:
李爱斌
副组长:
郑志和陈国欣
项目负责人:
杜学涛
技术指导:
罗连涛工程师(保护器厂家)
成员:
张安任杨顺利杨文典梁志伟
王昌伟
2、总体方案
矿井地面监控室隔壁设集中控制室,通过工业控制机对井上下机电设备进行远距离监控集中控制。
1、系统框图
2、系统设计依据
●GB14285继电保护和安全自动装置技术规程
●GB/T145微机线路保护装置通用技术条件
●GB/T13730-92地区电网数据采集与监控系统通用技术条件
●DL5002-91地区电网电力调度自动化设计技术规范
●DL516-1993电网调度自动化系统运行管理规程
●JB3336-1983电站设备自动化设备装置通用技术条件
●GB4858电器继电器的绝缘试验
●GB6162静态继电器及保护装置的电器干扰试验
●DT/T553-94220—500KV电力系统故障动态记录技术准则
●GB7261静态继电器及保护装置的基本试验方法
●SD286线路继电保护产品动态模拟技术条件
●矿用防爆电气设备标准GB3836.1—2000
●《煤矿安全规程》2011年版
●《矿山电力设计规范》GB500070--2009
●《煤炭工业矿井设计规范》GB50215--2005
●《煤矿监控系统总体设计规范》
●《煤炭调度信息化设计规范》
●《煤炭安全装备基本要求》
●GB11350-98电站电气部分集中控制装置通用技术要求
●GB4720-84电压电器电控设备
●JB616-84电力系统二次电路用屏(台)通用技术条件
●IEC144低压开关和控制设备的外壳防护等级
●ANSI488可编程仪器的数字接口
●《100Mbps(100BASE-X)以太网标准》IEEE802.3
●《国际串行通讯标准》EIARS-232-C
●《国际现场总线标准》ISODIS11898
●《工业计算机系统安装环境条件》ZBN18-001
●《远动终端通用技术条件》GB/T13729-92
●《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》GB/T13730-92
●Q/JYHY012-2009《KJ384矿用供电监控系统》
●具有煤矿矿用产品安全标志
三、具体项目
(一)25采区变电所、26采区变电所
1、项目概述
随着煤矿现代化程度的不断提高和井下高压供电距离的增加,对煤矿井下供电系统可靠性、安全性和连续性的要求越来越高。
由于煤矿井下供电网络结构复杂,工作环境恶劣,负荷波动大,工况不稳定,瓦斯煤尘积聚、积水冒顶事故等会使电气设备绝缘强度逐渐降低,经常会出现漏电、过流及单相接地故障。
单相接地、相间短路故障发生时产生的电弧能量会引起瓦斯、煤尘爆炸,直接危及人身安全和矿井安全生产。
通过地面监控中心,实时、动态的监视高压供电系统中的每一路出线的对地容性漏电电流,通过特殊的算法程序,动态的给出可用于参考的线路漏电电阻值和绝缘电阻值,提前预警电缆线路的绝缘水平,对绝缘水平下降的线路自动进行评估,通过这个系统,绝缘水平下降的线路将得到维护或更换,提高了煤矿高压供电系统的可靠性。
我国矿井供电系统属于小电流接地运行方式,一般由三级变电所组成:
地面变电所、井下中央变电所和采区变电所。
随着煤矿生产用电量的不断增加,井下供电系统的供电方式及对供电系统的技术要求也在发生变化。
传统的继电保护已不能满足井下供电系统的需要。
微机保护以其强大的计算能力和逻辑判断能力,能够实现许多传统保护不能实现的功能,并且它具有非常高的可靠性和准确性。
从技术和经济角度考虑,现在煤矿已经具备运用微机保护系统的条件。
矿井电力监测监控系统工程是将先进的自动控制、通讯技术、视频技术、计算机技术、软件技术、信息技术和现代管理技术结合,将矿井生产与统计作为一个整体进行控制与管理,提供整体解决方案,以实现优化运行、优化控制与优化管理,从而成为提高生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用。
2、系统原理
矿用供电监控系统由地面监控计算机、变电所电力传输分站、智能开关以及矿用网络交换机等组成,采用三层结构,第一层为监控计算机,第二层为电力传输分站和矿用网络交换机,第三层为煤矿的高压开关和高压开关内综合保护装置。
矿用本安型供电监控分站和开关智能综合保护单元间采用RS485通信,开关设备的电力参数由KJ384-F矿用本安型供电监控分站通过矿用网络交换机传输到地面KJ384矿用供电监控系统后台。
电力监控中心可对变电所设备实施远程控制,KJ384矿用供电监控系统后台以OPC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。
系统网络拓扑图
3、系统配置表
序号
设备名称
单位
数量
备注
1
工控机
台
1
2
光纤以太网交换机
台
2
3
高压保护器
台
14
4
低压保护器
台
10
5
PLC控制器
台
1
6
模拟量模块
台
1
7
温度传感器
个
8
8
本安接线盒
个
32
9
光电转换模块
个
2
10
光纤
米
500
11
UPS电源
台
1
4、系统功能与特点
¤数据采集功能
◆主机实时采集各分站传送来的数据,并进行实时处理。
◆分站对所接开关的数字量信息循环检测,并在分站显示,并上传中心站。
¤控制功能
◆系统具有地面中心站手动遥控断电/复电功能,并具有操作权限管理和操作记录功能。
¤设置功能
◆系统具有远程设置分站巡检范围、综保地址、综合保护装置类型、开关设备运行参数整定等功能。
¤数据存储查询功能
◆历史数据存储:
系统所接开关综合保护器检测数据的存储及查询,并产生报表及历史曲线,曲线可放大缩小。
所有数据可以存储一年。
◆设备运行异常信息存储及查询。
◆设备运行参数的存储及查询。
¤屏幕显示及打印功能
◆各被测量的瞬时值和历史记录显示。
◆分站巡检及传输系统故障状态显示。
◆测控设备的通、断电状态及开关运行故障实时显示。
◆实时时钟显示。
◆数据报表显示。
◆各种模拟量历史曲线显示。
◆异常记录处理。
◆日报表,月报表,年报表的打印。
◆设备运行异常记录打印。
◆历史曲线打印。
¤人机对话功能
◆系统能用菜单式人机对话方式完成各种功能的操作
¤自诊断功能
◆系统应具备自诊断功能,及时发现分站,开关综合保护器故障,并予以报警。
¤双机切换
◆系统具有手动双机备用功能。
值班人员每日24小时内应时时刻刻观察工作主机的操作界面,即时发现工作主机的故障,立即手动更换接线至已通电待用的备用主机,使备用主机投入正常工作。
¤网络通讯功能
◆中心站具有网络通讯功能。
¤系统软件自监视功能
◆系统软件可自动监视软件自身的运行功能。
¤系统软件应具有容错功能
◆当出现键盘操作错误,系统软件密码输入有误时,应有故障提示,且不影响系统软件的运行
¤实时多任务功能
◆系统应具有实时多任务功能
¤备用电源功能
◆中心站配备UPS电源,当交流电停电时,UPS电源应保证中心站监控设备工作2h以上井下分站电源箱配备备用电池,当交流电停电时,备用电池正常工作不小于2h。
5、改造后经济分析
1)井下25采区变电所、26采区变电所初步改造预算需要8万元左右。
25采区变电所、26采区变电所改造成功以后每天可以减掉6个人,每人每班需要工资为105元,6人一天工资为630元,一个月的工资为18900元,一年按十个月算,花4个月的工资75600去改造,一年可以节约6个月的工钱,6个月可以节约113400元,今年改造成功后,明年可以节约189000元。
(二)副井泵房、主井泵房
1、项目概述
煤炭行业是我国的支柱产业随着煤炭行业高产高效的发展,矿井安全问题已成为制约煤炭生产的关键因素涌水是危及矿井安全的重要因素一旦发生透水事故,不仅影响生产,甚至会使矿井淹没,危及生产工人生命水泵房排水系统担负着整个矿井积水排除的任务,其安全可靠性直接影响矿井生产的效率和安全目前。
我国大多矿井水泵房仍然普遍使用传统的人工操作排水系统这种排水系统由于自动化程度低,应急能力差,还做不到根据水位或其它参数自动开停水泵,这将严重影响主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。
存在很大的安全隐患随着我国煤炭行业的发展,排水系统自动化已成为急待解决的问题。
从煤矿自动化生产实际出发,针对现有排水系统存在的弊病,结合现代工业技术和控制理论,开发适于煤矿使用的自动排水系统利用工业专用测控保护器和液位检测装置,组成自动监控系统,根据水仓水位变化情况,实现自动排水。
自动排水系统解决了排水系统自动控制的难题,利用现代最优控制理论,分析矿井涌水情况和用电情况,对排水系统进行分段决策控制。
自动排水系统具有以下特点水位实时在线检测与显示水泵自动启动与停止多台水泵实行“轮班工作制”,提高水泵使用寿命根据涌水量大小和用电“避峰就谷”原则,自动控制投入运行的水泵台数与矿井监控系统联网,便于集中控制。
2、系统原理
Ø电控设计
1)每台泵配备两个电磁阀,一台真空泵。
2)中央泵房配备一个PLC控制柜,用来完成泵、电动闸阀和电动球阀等设备的控制和数据采集。
Ø传感器设计
1)每趟管路配置一台流量传感器,完成对泵房排水流量的统计和计算。
2)每个水仓配备一个水位传感器完成对水仓水位的实时监测。
3)每台泵配备一个压力传感器和一个负压传感器完成对泵的正压和负压的监测。
4)每台泵配备两个温度传感器,用来监测水泵的温度。
Ø数据传输
1)泵房内PLC控制站配置以太网模块,通过井上下工业以太环网将PLC数据传输到地面集控室,视频图像也通过工业以太环网实现数据传输。
操作过程
单台水泵自动启动的过程为:
启动真空泵、检测真空度、启泵、检测水泵出水口压力、打开水泵出水口电动阀。
停机过程则为先关水泵出口电动阀,后通过启动柜停止水泵。
运行前状态检测
开泵前必须检查待开水泵的高压柜、直流柜、直流接触器柜、低压柜及电机综保的供电是否正常。
待开水泵的各种显示是否正常,水仓水位显示不小于2米,且应无故障显示。
启动:
系统根据水仓水位的情况启动水泵,井下泵房排水泵的启动方式有两种:
自动
1)工作方式选择开关打在“自动”位置;
2)选定排水管路;
3)选定待开水泵,并确定真空泵;
4)按下待开水泵的启动按纽,计算机将按照《泵房水泵运行流程图》所设定的运行程序,自动启动待开水泵。
手动
1)工作方式选择开关打在“手动”位置;
2)选定排水管路,打开管路闸阀;
3)选定待开水泵,并确定真空泵;
4)开启真空泵;
5)观察真空表,待泵体内为真空状态;
6)启动电机;
7)关闭真空泵;
8)打开所启动水泵的出水口电动闸阀,并观察电机、水泵运转情况是否正常;
运行
水泵在运行期间,应经常进行以下观测,发现问题及时采取措施:
1)电压不得超过额定值的正负5%,电流不得超过额定值;
2)观察压力、真空和流量指示的变化情况;
3)观察模拟量的显示和水仓水位的变化情况;
4)电机和水泵有无异状;
5)检查进、出水管路,泵体、闸门、盘根密封等有无漏水现象。
水泵在运行期间出现下列情况之一时,应紧急停泵:
1)水泵不上水;
2)水泵或电机有异状;
3)电机或电气设备冒火和冒烟;
4)泵体严重漏水;
5)平衡水失常;
正常停泵
与启动相对应,正常停泵方式也有两种:
自动:
水泵在“自动”工作方式下运行,需要停泵时,水泵达到低水位,计算机也将按照《泵房水泵运行流程图》所设定的停泵程序自动停止运行水泵。
水泵在“手动”工作方式下运行,需要停泵时,司机应按照下列顺序操作:
1)关闭出水管路电动闸阀;
2)关闭水泵出水口电动闸阀,严禁阀门在开通位置停机;
3)待阀门关闭到位后,停电动机。
故障停泵
1)水泵在“自动”工作方式下运行,当发生故障时,计算机将按照《泵房水泵运行流程图》中所设定的停泵程序自动停止运行水泵。
2)水泵在“手动”工作方式下运行,当发生故障需要停泵时,应按下列顺序操作:
a、关闭水泵出水口的电动闸阀,严禁阀门在开通位置停机;
b、待阀门关闭到位后,停电动机;
c、不论水泵在哪一种工作方式下运行,当发生故障需要紧急停泵时,司机可按下“急停”按纽(带机械自锁)。
3)故障停泵后,查明故障原因,立即向有关领导汇报。
4)按下“故障复位”按纽,使系统恢复正常,为启动备用水泵做好准备。
3、系统拓扑图
本布线方式利用矿井的光纤以太环网作为主干网络,将煤矿监控装置主机通过485通讯协议,与防爆交换机通讯,并将数据传输至地面监控主机,完成整个水泵自动控制系统。
4、系统配置表
序号
设备名称
单位
数量
备注
1
工控机
台
1
2
光纤以太网交换机
台
2
3
高压保护器
台
33
4
低压保护器
台
11
5
PLC控制器
台
1
6
模拟量模块
台
2
7
温度传感器
个
18
8
本安接线盒
个
32
9
光电转换模块
个
2
10
光纤
米
500
11
UPS电源
台
1
12
压力传感器
个
9
13
真空压力传感器
个
9
14
真空泵
台
9
15
电磁阀
个
18
16
PLC控制箱
个
2
17
流量传感器
个
4
18
震动传感器
个
9
19
线材
根据现场情况定
20
继电器转换板
个
4
21
液位传感器
个
4
5、系统功能与特点
(1)地面控制中心
1)地面采用工控机对井下水泵排水进行全程监控。
2)使用组态王上位机组态软件,它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点,用户可随心所欲描绘各种动态图形、静态图形,同时支持多种图形格式。
3)图形显示和控制:
在地面控制站上应可实时显示各设备运行图,图形画面具有链接功能,可以很方便地切换其它画面显示。
可显示实时曲线、年、月、日个时间段的历史曲线和具体数据表等,同时可以实现数据参数的设定、设备的控制等。
4)实时报警/报警记录:
在地面控制站上可显示现场报警信息并报警以及保存的报警记录。
(2)传输线路
传输线路采用工业以太环网,传输线路近、数据传输稳定可靠。
(3)井下监控单元
通过PLC控制主站和本安控制箱可以实现井下泵房的就地控制和远程控制两种控制方式。
采用远程控制方式时,通过传输线路接收控制中心的控制指令,实现泵房设备的开停。
其主要功能和特点如下:
1)可以采集或接入各种参数、保护信号、相关设施状态信号、并具有扩展性。
2)可以方便定义和修改所有被测模拟参数的报警值、保护动作值。
3)实现多路控制输出,启动或停止有关设施。
4)实现采集数据、参数、运行状态的就地显示,并可上传地面中心站。
5)实现故障位置、原因、类型等的就地显示,并可上传地面中心站。
6)具有运行方式选择及防止非规定操作人员随意操作的保护措施。
7)与地面断开后系统仍能正常运行在就地或自动方式下。
8)能检测水泵及其电机的工作参数,如:
水泵流量、轴温、电机温度、电机启动与工作电流等。
9)可控制各泵轮流工作,使每台磨损程度均等。
10)根据水仓水位、供电峰谷段时间划分等情况,合理调度水泵运行,以节省运行费用。
泵房排水泵为煤矿主要耗电设备之一,因此节省此项费用非常有意义。
11)应具有故障报警、自动保护等功能。
系统能检测水泵流量、轴温、电机温度、电机启动与工作电流,水仓水位,出水压力,电动阀状态,真空度的信息。
设置过载、过热等多种保护,一旦出现异常,立即停车,以防造成重大事故。
6、经济分析
(1)井下副井泵房、主井泵房初步改造预算需要14万元左右,井下副井泵房、主井泵房改造成功以后每天可以减掉6个人,每人每班需要工资为105元,6人一天工资为630元,一个月的工资为18900元,一年按十二个月算,花7个月的工资132300元去改造,一年可以节约5个月的工钱,5个月可以节约94500元,今年改造成功后,明年可以节约226800元。
(2)井下+-0泵房初步改造预算需要5万元左右,井下+-0泵房改造成功以后每天可以减掉3个人,每人每班需要工资为105元,3人一天工资为315元,一个月的工资为9450元,一年按十二个月算,花5个月的工资47250元去改造,一年可以节约7个月的工钱,7个月可以节约66150元,今年改造成功后,明年可以节约113400元。
井下改造成功后共减掉15人,除去改造费用一年可以节约274050元,2017年可以节约529200元。
(三)反斜井风机、东风井风机
1、项目概述
根据煤矿企业的生产特点,风井两台主扇风机是全矿生产中的特大型重要负荷关键设备。
它的正常运行是矿井得以连续安全生产的最根本保证。
主通风机经常由于超负荷运转、设备累计运行时间过长和安装质量等问题而发生很多故障,风机系统在运行中存在着多种故障,它们是隐性的,不可预测的,对生产存在严重的威胁。
这些存在的故障隐患,严重影响到全矿运行的经济性和安全性。
"风机在线故障监控系统"充分利用传感器检测,信号处理,计算机技术,数据通讯技术和风机的有关技术,全面地对矿井总回风中的风压(负压、静压、动压、全压及其效率)、风速、风量、瓦斯浓度、出口气体温度、主通风机前后轴承温度、运行状态、正反转状态、电机定子温度和轴承温度等通风机性能参数,电机三相电压、电流、有功无功电度、有功无功功率、总有功功率、总无功功率视在功率、功率因数、频率等电量参数进行实时在线监测,在机组的运行过程中,判别机组性能劣化趋势,使运行,维护,管理人员心中有数。
系统具有数据窗口显示和存储报表打印、趋势曲线显示、越限声光报警和历史报警摘要显示查询、工况点合理范围分析、风产分析、设备故障诊断和手自动控制、报警阀值设定、用户及权限管理、操作记录、日志查询、在线联机帮助、风机房视频监控和数据远距离传输等丰富功能。
通过本系统的实施,使煤矿风井主扇风机的状态监测诊断的水平达到国内领先水平。
实施本项目的意义在于:
1)避免风机机组在运行过程中发生重大事故而造成的重大生产安全事故,并避免以此而产生的巨大经济损失,保证设备在规定的时间内无故障安全可靠的运行。
2)向运行人员提供及时的信息,有效地支援运行,提高设备使用的合理性,运行的安全性和经济性,充分挖掘设备的潜力,延长设备的使用寿命3)通过本项目的实施达到设备的有效维修,降低设备的维修成本,提高设备的使用效率,改善产品的质量,增加产量,减少同类事故的发生.
2、系统拓扑结构
3、系统配置表
序号
设备名称
单位
数量
备注
1
工控机
台
1
2
光纤以太网交换机
台
2
3
高压保护器
台
9
4
风速传感器
台
4
5
PLC控制器
台
1
6
模拟量模块
台
1
7
温度传感器
个
8
8
本安接线盒
个
32
9
光电转换模块
个
2
10
光纤
米
500
11
UPS电源
台
1
12
继电器转换板
块
2
13
压力传感器
个
8
4、系统功能与特点
由于本系统具有在线监测和风机工艺参数在线监测的双重优点,因此在系统特点上也融合了二者的特长,具有全新的监测画面和特点。
1)监测预报
风机在线监测系统功能配置突出实用、有效、强大,系统组合分析,除具备完善的稳态分析、瞬态分析外,还增加了非稳态过程分析和振动与工艺参数相关分析,以可视化主动数据驱动技术进行数据快速查询,对所有被监测机组在不同时刻、不同状态下的动态信号快速、准确地进行各种信号分析和数据处理,以简洁、直观、信息量丰富非图谱表达出来,并将其数据值信号特征传递至故障诊断专家系统。
风机在线监测系统除提供常规的信号分析功能外,还将目前独有的双通道数据融合技术应用到工程实际中。
2)调度室监测显示
调度室主控界面
本界面中按照现场分布实际情况设置。
正在运行的风机显示为绿色,停止的风机显示灰色,显示切换不需要人为干预。
但在风机切换过程中,可能存在切换状态,切换完成后,显示即刻正常。
系统在主界面中显示各个测点的实时参数,包括1#电机的温度、1#电机的连轴温度、1#电机的压力、1#电机的风量、1#电机的振动值等;2#电机的温度、2#电机的连轴温度、2#电机的压力、2#电机的风量、2#电机的振动值等;如有温度超出安全值或压力低于安全值,都会有报警信息在监控界面出现,并且界面中有闪烁红灯出现。
故障消除后,报警信息消失。
2)报警记录和用户管理
报警记录界面中显示报警的信息,有长期报警,短期报警,打印,排序,激活等。
报警列表中包含有日期、时间、编号、持续时间和报警消息等。
报警消息进入为红色,离开为绿色,确认为蓝色,如图9。
对系统中重要过程参数如风速、风量、温度、瓦斯浓度、振动位移等实现在线设定其报警阀值(高高限、高限、低限、低低限),并立即生效。
3)系统特点
高可靠性
Ø设计上充分考虑系统的电磁抗干扰能力,既要保证系统本身不受现有系统和电源的干扰,也要保证本项目不会干扰已有系统的运行,系统外的信号接入系统时,都采用信号隔离模块进行隔离。
Ø采用低功耗、散热好的硬件设备,散热系统设计合理。
Ø严格的器件选型:
系统的所有硬件器件都选用国内外知名品牌。
实用、易操作性
Ø功能设计全面实用,界面设计专业、友好,让用户全面了解各种监测信息。
监测信息全面
Ø监测指标包括:
各类开关量,振动量,性能参数,如电量、负压、风量、温度量、风机效率等。
5、地面改造费用及节约成本
1)东风井风机房初步改造预算需要4万元左右,(改造需要材料主要为保护器升级、地面增加工控机、光纤电缆、光电转换模块,PLC控制器、模拟量模块、风速传感器、温度传感器等)。
东风井风机房改造成功以后每天可以减掉3个人,每人每班需要工资为55元,3人一天工资为165元,一个月的工资为4950元,一年按十二个月算,花8个月的工资39600元去改造,一年可以节约4个月的工钱,4个月可以节约19800元,今年改造成功后,明年可以节约59400元。
2)反斜井风机房初步改造预算需要3万元左右,(改造需要材料主要为保护器升级、地面增加工控机、光纤电缆、光电转换模块,PLC控制器、模拟量模块、风速传感器、温度传感器等)。
反斜井风机房改造成功以后每天可以减掉3个人,每人每班需要工资为37元,3人一天工资为111元,一个月的工资为3330元,一年按
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