KJ336 矿用电力监控系统在煤矿井下的应用

系统采用网络通讯技术、CAN- BUS 现场总线技术、DSP 技术及采集设备等，构成一种全面综合的监控 系统。文章着重介绍了系统组成、主要功能及特点，经实际应用实现了供用电的综合管理，节约用电成本，提高了工作效率。
关键词：监控系统；计量；节约用电；CAN- BUS

1 应用前的状况及存在的主要问题
      寺河矿二号井年产90 万t，井下现有变电所4 个，每个变电所分别担负着不同的用电设备，目前井下各采掘工作面的用电计量部分采用普通电度表，部分无法进行计量，仅靠人工根据电机铭牌的标定值来计算用电量。存在的主要问题：
（1）用电浪费。无法准确计量各用电设备、各单位的用电情况，无法考核各单位的用电情况，不能有效地控制成本，造成用电浪费。
（2）计量管理工作人员工作效率低。配电点分散、用电设备不集中，各电量参数人员循环手动频繁抄写，设备多,造成需要的人员多及工作效率低，甚至部分无法计量。
（3）现场情况失控。管理人员不能及时了解现场设备的工作状况，数据采集不准、工作量大、工作效率不高、管理水平低。
（4）不能实现实时监控，故障不能提前预警，检修针对性不强。
2 系统介绍
     《KJ336 矿用电力监控系统》是基于工业以太网、井下局域网和CAN- BUS 现场总线技术，采用VxWorks 嵌入式软件、分布式实时数据库和工控组态软件技术，对煤矿井下高低压电网进行实时电力数据采集、数据记录、故障诊断、故障预警、故障记录、自动化控制的大型监控网络系统。
2.1 系统构成原则
（1）系统采用高性能、高可靠性的工控机及其配套设备。
（2）采用CAN- BUS 现场总线和RS485 通讯接口相结合的通讯方式，确保系统通讯在较恶劣的煤矿井下正常传输，保障远距离通讯的稳定可靠性。
（3）以硬件冗余及软件容错方式实现系统可靠性，特别是数据采集终端数据采用DSP 技术、CPU（主处理器）采用双机热备，并采用硬件看门狗技术和远程调控技术，确保系统安全运行及准确调控。
（4）系统采用模块化结构，方便运行管理与维护，使系统具有灵活性和可扩展性。
（5）硬件采用全光电隔离措施，提高系统抗干扰性能。
（6）井下设备全部采用矿用本安型设备。
2.2 系统组成
2.2.1 地面监控室
主要包括上位机软件、工控机及配套设备。完成以下功能：
（1）负责接收井下、地面各分站的所有数据
（2）各种监测数据处理，动态模拟显示处理，子系统端口实时信息处理、按类索引的实时数据处理。
（3）各类历史数据的查阅显示和处理，整个系统的故障显示报警功能。
（4）实现遥信、遥控、遥调、遥测，可对井下设备进行远程参数整定、修改及远程分合闸等操作。
（5）各客户端可通过局域网直接查询浏览各种数据。
2.2.2 井下分站
      KJF- 201 型井下分站是一个以ARM芯片为CPU 核心的微型计算机系统，由CAN 控制部分、信号处理部分和交换机等主要功能电路部分组成。作为主干以太网的主节点、整个系统的通信中继，主要负责CAN- BUS 现场控制总线和井下光纤以太网之间的数据转据。ARM芯片功能有：
（1）数据转换功能。每个变电所安装1 个数据转换器，主要完成对变电所内所有智能电量变送器所测的各用电设备的电流、电压、功率、频率、功率因数及电量等电参数的采集及开关的合、分闸位置，过负荷、短路、漏电故障并上传到上位机。总控室通过数据转换器控制开关量模块，实现开关的分合操作。
（2）智能电量变送器功能。智能电量变送器主要计量各用电设备的电流、电压、功率、频率、功率因数及累计电量等参数，并上传到数据转换器。
（3）检测开关量功能（开关量模块）。开关量模块主要用来检测各开关的合、分闸位置，过负荷、短路、漏电故障，并将检测数据上传至数据转换器，并根据命令控制现场开关。
2.2.3 系统通讯结构
（1）每台井下CAN- LAN分站同时配备CAN－BUS 和RS- 485通讯接口。每个CAN现场总线可连接64 个节点，其波特率为5 K、125 K、250 K 及500 K，最大通讯距离为10 km。
（2）井下CAN- LAN 分站使用基于VxWorks 操作系统的嵌入式软件技术。
（3）智能高低压综合保护装置具有故障追忆功能，可追忆1000 次跳闸故障记录；能测量各相电流、电压、有功电度等数据，能实现对线路的短路、过载、漏电、绝缘监视、过压、欠压等保护。
（4）井下局域网络采用光缆互联，传输速率为100 Mbit/s，通讯距离达到20 km。采用高抗干扰性的CAN 现场总线，误码率≤3×10- 5。采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，无故障运行时间不小于1400 h。
（5）能够监测电网漏电、短路等故障数据，实现对各监测范围内事故报警，并具备选择性漏电等功能，在出现开关跳闸后可迅速判断故障所在范围，实现故障优先报警。
2.2.4 系统软件功能
（1）地面主机可显示井下各被监测线路的各种电量参数。数据库服务器采用实时数据库；记录电流、电压曲线，统计电能日月报表，显示电量参数及实时趋势曲线、历史曲线。
（2）监测资料的历史查询、自定义查询、模糊查询，查询结果的打印输出；计算漏电、接地资料并对各监测范围内事故报警及打印。
（3）可实现分时段（如峰段、平段、谷段）对用电量、电费进行记录、统计与打印。
（4）当井下供电线路或相关设备发生故障或越限时，地面主机根据需要优先有图像显示及声音提示。
（5）井下开关发生状态变位时，地面监控主机有明显图像显示，其反应时间小于3 s。
（6）实现遥信、遥控、遥调、遥测，可对井下设备进行远程参数整定、修改及远程分合闸等操作。
（7）提供WEB 资料查询及用户权限管理，提供开放式资料接口，方便系统的扩容升级；具有WINDOWS 标准的DDE 资料交换功能及局域网入网功能。
3 系统应用后实现的功能
（1）提供开放式数据接口，方便系统的扩容升级。
（2）实现遥信、遥控、遥调、遥测，可对井下设备进行远程参数整定修改及远程分合闸等操作。
（3）故障分析能力：系统具有完善的报警及故障记录能力，同时系统能够依据记录的故障数据在线进行一定程度的故障分析，为故障排查提供参考。
（4）分时段对用电量、电费进行记录、统计与报表打印。
（5）可任意设定用电时段，也可以将系统中所有的用电分组进行用电考核。
（6）提供WEB 数据查询，用户可根据其权限以C/S 模式进行远程数据查询。
4 结束语
      通过电力监控系统的应用，提高了矿井合理用电及电量统计分析效率，解决了矿井高低压电网漏电快速检测、矿井电网实时监控及故障预警等诸多难题，为建设本质安全型矿井奠定了坚实的基础。