KJ79煤矿井下高压电网监控系统研制

关键词：监控系统；网络通讯；中心站；中继站；配电装置；实时监控

随着网络时代的到来，煤矿井下设备现代化程度在不断提高，具备各种功能的煤矿用监控系统也已不断应用到我国的主要煤矿中。监控系统应用不但使信息更加快捷、安全更有保障，而且也大大地提高了生产效率。

KJ79煤矿井下高压电网监控系统是中船重工集团汾西机器厂在充分吸收先进技术的基础上，依托工厂20多年来研制生产矿用电器的成功经验研制开发的。该监控系统采用工业现场总线将具有网络通讯功能的高压真空配电装置网络，利用高压真空配电装置工作状态的实时监控数据，从而实现对煤矿井下高压供电系统的实时监控。

2  KJ79煤矿井下高压电网监控系统的组成及功能指标

2.1  系统组成

KJ79煤矿井下高压电网监控系统（以下简称监控系统）主要用于煤矿，对煤矿井下高压供电进行实时监控。监控系统主要由BGP6—6WT矿用隔爆兼本质安全型网络通讯高压配电装置（以下简称配电装置）、KLY1隔爆兼本安型中继站（以下简称中继站）及地面控制中心站（以下简称中心站）组成。采用工业现场总线将上述设备相连，实现监控系统功能。

2.2  系统主要技术指标及功能

a)监控系统采用总线形网络结构、双绞线基带传输、多主工作方式；

b)中心站主机可接2台，一台用于监测、监控工作，另一台作为备用，用于监测工作，并可配接大屏幕投影系统；

c)具有实时故障报警功能，故障上传时间小于1s；

d)最大通讯距离：不小于20km；

e)最大通讯配电容量：127台；

f)通讯速率：5kbps；

g)误码率：不大于10^－8；

h)可遥测配电装置的工作电压、工作电流、功率、零序电流、零序电压的实时数据；

i)可遥信配电装置的门联锁(门开/门合)、综保整定值、远/近/遥控、停机/运行等工作状态；

j)当配电装置处于遥控状态时，能实现各级配电装置遥启、遥停、复位操作和防误操作的联锁控制逻辑；

k)配接通讯控制器可支持通风、瓦斯闭锁。

3  关键设备

3.1  地面控制中心站

地面控制中心站由UPS不间断电源、工业控制机、通讯接口设备、打印机、KJA8通讯安全栅等与功能强大的系统软件相结合，完成对高压配电装置的遥测、遥信、遥控数据的处理。系统软件采用Visual Basic6.0和Visual C++6.0混合编制完成，可实现如下功能：

*高压电网接线图显示功能

a)井下高压供电系统图的动态实时显示(供电回路的工作状态)；

b)各井下变电所配电装置工作状态的动态实时显示(停机/运行状态)。

*配电装置系统图显示功能

能实现各配电装置系统图动态信息(遥测、遥信数据)的实时显示。

a)各配电装置的遥测数据的动态实时显示．

工作电压(kV)、工作电流(A)、零序电压(V)序电流(A)和功率(kW)五路模拟量；

b)各配电装置的遥信数据的动态实时显示：

①工作状态：门联锁(门开＼门合)、控制状态1(近控＼其它)、控制状态2(远控＼遥控)、运行状态(停机＼运行)；

②故障状态：动作输出(故障＼正常)、过载<故障＼正常)、短路(故障＼正常)、漏电(故障＼正常)、监视(故障＼正常)；

③保护整定值状态：零序电压(V)、零序电流(A)、漏电动作时间(s)；过载电流倍数、反时限调整位置、短路电流倍数和额定工作电流(A)。

*遥控及联锁功能

能实现各级配电装置遥启、遥停、复位操作和防误操作的联锁控制逻辑。

*故障报警功能试验

能实现各配电装置故障报警的动态实时显示。

*数据库功能

具有各配电装置遥测、遥信、遥控信息数据的记录数据库。

*事件列表显示功能

a)能进行各配电装置故障报警及状态参数变化事件的列表显示。

b)能进行各配电装置遥控操作记录事件的列表显示。

*统计查询功能

具有根据配电装置名称、编号及日期等索引进行多种方式的统计及查询功能。

*数据库的备份与恢复功能

具有对记录数据库的备份与恢复功能。

*打印报表功能

具有打印各种记录报表的功能。

3.2  KLY1隔爆兼本安型中继站

隔爆兼本安型中继站由隔爆外壳、电源、本安传输接口、单片机控制系统及相应控制软件构成，主要完成通讯数据的高速处理和交换，增强网络带载能力，是实现煤矿井下监控系统中网络通讯距离延长和增加节点容量的数据交换设备。网络中不加中继站时通讯距离为5km，每加一个中继站距离增加5km。

3.3  BGP6—6WT矿用隔爆兼本质安全型网络通讯高压真空配电装置

该配电装置适用于煤矿井下三相交流中性点不直接接地、额定频率为50Hz、额定电压6kV、额定电流至500A的供电系统中，对供电系统进行控制和保护，也可用于控制不频繁起动的高压电机。配电装置中的通讯控制器向监控系统传送配电装置的各种电量参数和各种故障状态信息以及接受来自中心站的各种指令。

该配电装置还可实现本安型远方控制。

配电装置主要技术指标：

a)额定电压：6kV；

b)额定电流：50A～500A,

c)额定频率：50Hz；

d)额定短路开断电流：12.5kA(有效值)；

c)额定短路开合电流：31.5kA(峰值)：

f)额定短时耐受(热稳定)电流12.5kA(有效值)；

g)额定峰值耐受(动稳定)电流31.5kA(峰值)；

h)额定短路持续(热稳定)时间2s；

i)额定短路电流开断次数：30次；

j)隔离插销的机械寿命为：2000次；

k)断路器机械寿命为10000次；

l)故障动作时间：<0.1s。

配电装置中通讯控制器主要功能指标：

a)采集工作电压、工作电流、零序电压、零序电流、有功功率五路模拟量；

b)采集综保动作输出、门开/门闭、近控/其它、远控/遥控、停机/运行五路开关量；

c)读取十一路数字量(综保整定值及故障状态)：过载电流倍数、反时限调整位置、短路电流倍数，零序电流、零序电压、漏电延时、额定工作电流、过载、短路、漏电、监视；

d)接收并执行三个网络指令：启动、停机、复位；

e)采用LCD液晶汉字显示屏分屏循环显示如下信息：工作电压、工作电流、零序电压、零序电流、有功功率、门开/门闭，近控/其它、远控/遥控、停机/运行及整定值数据(过载电流倍数、反时限调整位置、短路电流倍数、零序电流、零序电压、漏电延时、额定工作电流)；

f)通讯参数与系统相同。

4  结束语

KJ79煤矿井下高压电网监控系统及其配电装置通过了国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心(抚顺)和煤炭工业常州通讯监控产品质量监督检验中心(常州)的全部安标委托检验(型式试验)工作。经检验样机完全符合国家有关标准、法规和产品企业标准的要求。并取得了防爆合格证和煤矿安全标志证书。监控系统及其配电装置完全具备了推广的条件。

KJ79煤矿井下高压电网监控系统的研制成功，使中船重工集团汾西机器厂成为了国内第一家完成了有关高压配电装置监控系统的全部安标办理过程的企业单位。

作者简介；王晓敏(1972—)，男，工程师，1994年西北大学航海学院工业自动化专业毕业，主要从事测控方面的科研开发工作，汾西机器厂设计研究所研究三室室主任。

陈荣海(1964—)，男，研究员，1985年西北工业大学航海学院检测技术与仪器专业毕业，主要从事电器开发及管理工作，汾西机器厂电器研究所所长。

李宏伟(1967—)，男，高级工程师，1990年西北工业大学航海学院工业自动化专业毕业，主要从事科研开发及管理工作，汾西机器厂设计研究所所长。