矿井供电监控系统改造设计

矿井供电监控系统改造设计

余双勇

关键词：矿井供电监控系统改造

0引言

杏花煤矿变配电监控系统包括：地面6kV变电站监控系统、井下中央变电所监控系统、东一采区变电所监控系统及中一采区变电所监控系统。为了确保实现杏花煤矿综合自动化全面实施，作为煤矿重要系统之一的供电系统需满足自动化要求，因此在对杏花煤矿作自动化设计同时，对其高、低压开关进一步改造提出建议。

1地面6kV变电所监控系统

地面6kV变电所已经改造，淘汰了旧设备，选用了新高、低压开关设备。因此结合变电所实际及自动化技术要求，设计一套地面6kV变电所监控系统。

1.1技术要求高压开关要求：能够提供电压、电流等电气参数信号；提供高、低压开关柜分合闸状态信号；具备可实现远程操作的功能。

1.2监测、监控内容监测高、低压开关状态；监测每个高压回路，电流、电压等电气参数；具有远程操作功能（地面6kV变电所原则不允许远程控制，在设置操作权限后，可以做到远程监控）。

1.3系统方案地面6kV变电所监控系统可以考虑3种方案。下面就改造方案作一阐述。

第一种方案：配置高压综保、采用通讯接口方式高、低压开关配置智能微机综合保护单元（综保），综保可采集电压、电流等电器参数，监测开关运行状态。综保带有RS485接口，提供标准MODBUS协议，通过RS485转以太网设备、光缆等，将综保与工业以太网交换机连接，实现数据上传至调度中心；RJ45接口，TCP/IP协议。

第二种方案：采用硬结线方式采用PLC控制系统。电压、电流等模拟信号通过硬结线接至PLC，高压开关分合闸状态信号也通过硬结线接至PLC，由PLC完成数据采集。选用西门子公司S7-300PLC，PLC配置CP343-1以太网通讯模块，与工业以太网交换机连接。通过地面光纤环网，将数据传至调度中心。

第三种方案：配置电量采集模块监测、检测高、低压开关状态及电气参数高压开关通过电力监测模块和分布式ET200MI/O模块，完成各柜的电参数检测、合分闸控制与开关量参数检测，低压进线开关通过ET200MI/O，完成状态参数检测及进线柜的合分闸控制。高压开关选用PMM2000电力监测模块。选用西门子公司S7-300PLC，PMM2000电力监测模块、ET200MI/O通过Profibus-DP现场总线与PLC通讯；由PLC完成现场数据采集、上传。PLC配置以太网通讯模块，与工业以太网交换机连接。通过地面光纤环网，将数据传至调度中心。电力监测模块、ET200M安装在PLC柜内。

以上3种方案，第一种方案方便易行，造价不是很高，但杏花煤矿6kV变电所高、低压开关已经改造完，再进行二次改造比较困难，且通过RS485转以太网设备，通讯效果不好；第二种方案虽然为传统控制模式，但可靠性高，方便易行，目前杏花煤矿6kV变电所设备适合这种方案；第三种方案采用现场总线方式，可靠性高，但工程改造复杂，成本也高。经比较选用第2种方案。

2井下中央变电所监控系统

杏花煤矿井下中央变电所与中央泵房在一个硐室，二者监控系统设计为一个整体。现在中央变电所高压开关还是手动操作产品，杏花煤矿这次技改工程，即将更换新型设备。为了保证中央变电所实现自动化监控，特对中央变电所设备改造及实施自动化工程提出技术要求，并作出相应实施方案。

2.1技术要求高压开关要求：能够提供电压、电流、有功功率、无功功率等电气参数信号；提供高压开关柜分合闸状态信号和控制高压开关远程集中控制的接入端子；具备可实现远程操作的功能。

2.2监测、监控内容监测高、低压开关状态；监测每个高压回路，电流、电压等电气参数；具有远程操作功能。

2.3系统方案井下中央变电所高压开关柜配置综保，带有RS485接口，提供标准MODBUS协议；通过在井下主排水PLC配置CP341模块，将综保接入PLC，有PLC完成高压开关电力参数采集；通过井下光纤环网，将电力参数上传，能够在矿调度中心实时监测电压、电流、有功功率、无功功率。

3采区变电所监控系统

杏花煤矿采区变电所包括东一采区变电所、中一采区变电所。东一采区变电所矿用隔爆型真空配电开关，已经更换为河南省济源市防爆器材有限责任公司产品，中一采区变电所即将更换。新设备在电量采集、显示等功能有了较之以前有很大提高，但没有提供通讯接口，而且防爆壳没有外接喇叭口，由此看来，目前采区变电所不能实现自动监控。但考虑杏花煤矿今后综合自动化扩展，作出了以下技术要求，预先设计了采区变电所监控系统。

3.1技术要求高、低压防爆开关要求：能够提供电压、电流、电量等电气参数信号；提供高、低压开关柜分合闸状态信号；高压防爆开关可实现远程操作的功能，低压防爆开关实现远程操作。变电所高压防爆开关配置综合保护装置，能够实现电压、电流、有功功率、无功功率等电气参数采集；配置综保装置，对外提供至少一个RS485通讯接口，采用标准MODBUS通讯协议；高低压防爆开关具有电动操作机构。

3.2主要设备东一采区变电所、中一采区变电所矿用隔爆高、低压开关。

3.3监测、监控内容矿用隔爆高、低压开关状态、故障状态，电压、电流等电器参数。高压防爆开关可实现远程操作的功能，低压防爆开关实现远程操作。

3.4系统方案可以考虑3种方案。

方案一变电所高压隔爆开关配置综合保护装置，能够实现电压、电流、有功功率、无功功率等电气参数采集；配置综保装置，带有RS485通讯接口，采用标准MODBUS通讯协议。通过RS485转以太网设备、光缆等，将综保与工业以太网交换机连接，通过井下光纤环网，实现数据上传至调度中心；RJ45接口，TCP/IP协议。

方案二采用PLC控制系统。电压、电流等模拟信号通过硬结线接至PLC，高压开关分合闸状态信号也通过硬结线接至PLC，由PLC完成数据采集。选用西门子公司S7-300PLC，PLC配置CP343-1以太网通讯模块，与工业以太网交换机连接。通过井下光纤环网，将数据传至调度中心。PLC配置于矿用隔离防爆柜，输出本安信号。

方案三采区变电所高压隔爆开关柜通过PMM2000电力监测模块和ET200MI/O分布式I/O模块，完成各柜的电参数检测、合分闸控制与开关量参数检测，低压进线通过ET200MI/O，完成状态参数检测及进线柜的合分闸控制，全部开关柜设计成为能可靠接入自动化系统的智能柜。控制站选用西门子公司S7-300PLC，ET200MI/O站及PMM2000电力监测模块通过Profibus-DP总线接入PLC，完成变电所高低压开关的监控功能。PLC配置以太网通讯模块，与工业以太网交换机连接；通过地面光纤环网，将数据传至调度中心。PLC配置于防爆柜，输出本安信号。

以上3种方案，第一种方案中，由于杏花煤矿采区变电所高、低压开关已经改造完，另配置综保设备比较困难，且通讯效果不好；第二种方案实施，采用硬结线方式，可靠性高，成本低，但也涉及高压防爆隔离开关问题；第三种方案采用现场总线方式，控制技术先进，可靠性强，但也涉及到高压隔离防爆开关改造问题，且成本也高。因此，采区变电所方案具体采用，需根据矿方设备再次改造再定。