CN106849361A - 一种矿井电力监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种矿井电力监控系统及方法，属于矿井井下供电技术领域；系统包括：电力分控中心、核心交换机和监控中心站；电力分控中心的开关设备包括矿用智能综合保护器、短路电流采集模块和闭锁控制器；方法包括：矿井电力监控方法和矿井电力防越级跳闸方法，矿井电力防越级跳闸方法包括：短路电流采集模块电路短路电流；闭锁控制器向矿用智能综合保护器发送短路闭锁信号，并将短路开关位置发送给监控中心站；矿用智能综合保护器闭锁本级总开关和上一级变电所分开关的速断保护功能，防止越级跳闸；本发明能够解决煤矿井下电网短路的越级跳闸问题；能够解决煤矿井下供电管理的无人值守问题；能够缩短煤矿井下电网故障诊断时间，减小事故范围。

Description

一种矿井电力监控系统及方法

技术领域

本发明属于矿井井下供电技术领域，具体涉及一种矿井电力监控系统及方法。

背景技术

随着煤矿井下机械化、自动化水平的不断提高，对供电安全的依赖性越来越强，井下供电配电设备的故障往往给井下生产带来严重的安全隐患，因此，迫切需要提高电网运行的合理性和煤矿供电系统的可靠性。然而，由于煤矿井下供电网络建设标准以及环境条件的限制，诸多先进成熟的技术还无法应用于煤矿井下，另外煤矿井下因供电线路短、无功不足、负载冲击、设备移动频繁、电缆容量选择偏大等多种因素导致煤矿井下继电保护经常失去选择性，井下电网质量与安全一直是困扰煤矿生产的难题。并且，煤矿在供电管理方面大多采用传统的三班人员值班看守，自动化和信息化程度不高且效率低，容易引发人为操作错误。所以，迫切需要对井下供电系统建立相对独立的集控系统，实现与其关联系统的协同控制，提高煤矿供电的安全性和可靠性，提升供电管理部门的工作效率和信息化程度。

按照国家继电保护和安全自动装置技术规程规定，35KV及以上的中性点没有直接接地电网中的线路保护，需要设置电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过流保护。但电流速断保护不能使全程线路都得到保护，一般情况下能保护电源侧线路的15～70％；限时电流速断保护的整定电流是依据下级开关的下接线路末端三相短路达到最大电流整定，换言之，限时电流速断保护可将其范围延伸到下级开关电流速断保护范围，与本级开关限时电流速断有0.5s的延时；定时限过流保护的整定电流是依据躲开线路中的最大负荷电流来整定，时限整定根据阶梯式时限整定的原则，在相邻元件最大动作时限上加△t＝0.5s的时限阶段。根据三个保护装置的不同特点相互配合，在电网最末端开关采用0时限过流保护，电流按躲开电动机起动最大电流整定，在电网倒数第二级开关采用0.5s过流保护加电流速断保护，在电网倒数第三级开关采用1.0s过流保护加电流速断保护，再加限时电流速断保护，向上采用三段电流保护，构成阶段式电流保护(三段电流保护)如图1所示，当全网任何地点发生短路时，在不发生断路器拒动的情况下都可以保证在0.5s内切除故障。

在地面供电系统中广泛使用的三段式电流保护具有良好的保护效果，但是由于煤矿井下复杂的地质条件，巷道狭窄且空气潮湿，电气设备容易引发过流发热，设备移动中拖拽供电线路等原因，容易引起线路短路。由于煤矿井下电缆容量选择往往偏大，且井下供电距离短，电缆多采用电阻很小的铜电缆，按电流整定无法满足保护的选择性。当线路发生短路时，短路电流可达数千安甚至上万安，都能满足短路点以上各级开关的电流速断保护的跳闸条件，各级开关电流速断跳闸程序都能够开启，当上级开关的跳闸灵敏度优于下级开关的跳闸灵敏度时，上级优先动作，产生越级跳闸。越级跳闸造成井下大面积停电，不仅严重影响生产，而且很容易诱发停电停风事故，严重影响煤炭井下人员、生产安全。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种矿井电力监控系统及方法。

本发明的技术方案：

一种矿井电力监控系统，包括：

多个电力分控中心、核心交换机和监控中心站；

所述多个电力分控中心分别设置于各变电所中，电力分控中心包括：电力监控站、本安摄像仪、本安型红外线传感器、烟雾传感器、温度传感器、语音报警装置、声光报警器、信号显示牌、门禁开关检测装置、开关设备和环网交换机。

所述本安摄像仪连接环网交换机，信号显示牌、语音报警装置、门禁开关检测装置和本安型红外线传感器和开关设备分别连接电力监控站，烟雾传感器和温度传感器分别通过总线连接电力监控站；电力监控站连接环网交换机。

所述监控中心站包括与核心交换机相连接的服务器、工程师工作站和超级操作员平台。

所述核心交换机和各环网交换机通过工业环网连接。

所述开关设备包括：设置于井下变电所总开关内的矿用智能综合保护器、与变电所内各防爆分开关相连的短路电流采集模块和设置于变电所每段母线上的闭锁控制器，所述闭锁控制器连接监控中心站，并通过闭锁线分别连接短路电流采集模块和矿用智能综合保护器，各级变电所的闭锁控制器相互连接，矿用智能综合保护器连接上一级变电所分开关。

所述短路电流采集模块，用于检测分开关的短路电流信号，并通过闭锁线发送给该短路电流采集模块所在母线的闭锁控制器。

所述闭锁控制器，用于接收到短路电流信号，向本级变电所总开关内的矿用智能综合保护器发送短路闭锁信号。

所述矿用智能综合保护器，用于接收闭锁控制器发送的闭锁信号，在矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时前闭锁总开关跳闸线圈，使总开关不能跳闸，并闭锁上一级变电所分开关的速断保护功能，防止分开关越级跳闸；矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时后仍有大电流通过，控制总开关跳闸。

采用矿井电力监控系统的矿井电力监控方法，包括如下步骤：

步骤1：本安型红外线传感器和门禁开关检测装置实时探测是否有人员进入该变电所，当有人员进入，向监控中心站发送信号；

步骤2：烟雾传感器和温度传感器实时监测变电所环境参数，本安摄像仪实时获取变电所内视频信息，并分别发送给监控中心站；

步骤3：监控中心站通过核心交换机接收多个电力分控中心发送的监测信息，对视频信息解码后进行显示；

步骤4：监控中心站判断烟雾传感器和温度传感器检测到的瓦斯、烟雾和温度值是否超过预设的报警阈值，是，执行步骤5，否则，执行步骤7；

步骤5：监控中心站启动紧急预案：推送出该变电所视频图像，通过语音报警装置向变电所附近的人员进行语音广播，通过声光报警器发出声光报警命令，通过信号显示牌提示该变电所发生意外状况；

步骤6：监控中心站将事故发生前后本安摄像仪对事故发生地的实时影像录像存储；

步骤7：工作人员通过工程师工作站和超级操作员平台与矿井电力监控系统进行人机交互，并对变电所进行集中监控。

采用矿井电力监控系统的矿井电力防越级跳闸方法，包括如下步骤：

步骤1：短路电流采集模块实时检测矿井供电电路是否短路，当电路短路时，通过闭锁线将短路电流信号发送给闭锁控制器；

步骤2：闭锁控制器接收短路电流信号，向本级变电所矿用智能综合保护器发送短路闭锁信号，并将短路开关位置发送给监控中心站；

步骤3：矿用智能综合保护器接收闭锁控制器发送的闭锁信号，闭锁本级总开关和上一级变电所分开关的速断保护功能；

步骤4：最靠近短路点的分开关立即速断跳闸，切断短路线路，如果未跳闸，本级总开关中矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时后，总开关跳闸；

步骤5：监控中心站提示工作人员短路开关位置；

步骤6：短路电流消失，各级开关解除闭锁。

有益效果：一种矿井电力监控系统及方法与现有技术相比，具有如下优势：

(1)能够解决煤矿井下电网短路的越级跳闸问题；

(2)能够解决煤矿井下供电管理的无人值守问题；

(3)能够缩短煤矿井下电网故障诊断时间，减小事故范围。

附图说明

图1为本发明现有技术的三段式电流保护的配合与实际动作时间的示意图；

图2为本发明一种实施方式的矿井电力监控系统架构图；

图3为本发明一种实施方式的矿井电力监控系统结构示意图；

图4为本发明一种实施方式的矿井电力监控系统中闭锁控制器连接图，其中，1为闭锁控制器，2为分开关，3为总开关，4为闭锁线；

图5为本发明一种实施方式的矿井电力监控方法流程图；

图6为本发明一种实施方式的矿井电力防越级跳闸方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。

如图2-3所示，一种矿井电力监控系统，包括：

多个电力分控中心、核心交换机和监控中心站；

所述多个电力分控中心分别设置于各变电所中，电力分控中心包括：KJF99电力监控站、KBA4本安摄像仪、本安型红外线传感器GHW5、烟雾传感器KGN1、温度传感器KG3007A、语音报警装置KXT23、声光报警器KXB18、信号显示牌KXH32×128、门禁开关检测装置、开关设备和环网交换机；

所述KBA4本安摄像仪连接环网交换机，实现在地面调度中心对井下变电所的远程监视，并通过软件配合可实现一系列视频联动功能。信号显示牌、语音报警装置KXT23、门禁开关检测装置和本安型红外线传感器GHW5、开关装置分别连接KJF99电力监控站，实现地面调度中心与井下变电所之间的语音报警功能，达到地面与井下变电所之间声音信息同步的效果。门禁开关检测装置和红外传感器用于探测是否有人员进入该变电所，可与视频信号实现联动。烟雾传感器KGN1和温度传感器KG3007A分别通过RS485总线连接KJF99电力监控站；实时监测变电所环境参数，实现环境监测联动与闭锁。KJF99电力监控站连接环网交换机。

电力分控中心实现了变电所“五遥四联动”功能，即：遥信、遥调、遥测、遥控、遥视，以及门禁联动、语音联动、视频联动、环境联动，并基于ABB 800xA平台优化电力监控系统优化控制，提高了井下变电所无人值守的安全性和可靠性。

所述监控中心站包括与核心交换机相连接的服务器、工程师工作站、超级操作员平台(EOW)、ABB AC800M控制器；

所述服务器包括：连接服务器、属性服务器、客户端服务器、视频服务器；

监控中心站完成数据的采集、存储及各项功能服务；工程师工作站对系统进行调试和日常维护；通过EOW操控台实现操作人与系统的人机交互；同时，基于ABB 800xA系统开发，实现电力监控和优化控制。该平台将视频、语音信息集成在一起，操作员通过简单的鼠标操作，即可查看任意设备的视频信息，可以与现场的操作员进行语音和视频的联络。

所述核心交换机和各环网交换机通过工业环网连接。

所述开关设备，如图4所示，包括设置于井下变电所总开关3内的矿用智能综合保护器、与变电所内各防爆分开关2相连的短路电流采集模块和设置于变电所每段母线上的闭锁控制器1，所述闭锁控制器1连接监控中心站，并通过闭锁线4分别连接短路电流采集模块和矿用智能综合保护器，各级变电所的闭锁控制器1相互连接，矿用智能综合保护器连接上一级变电所任意一个分开关2。

所述短路电流采集模块，用于检测分开关2的短路电流信号，并通过闭锁线4发送给该短路电流采集模块所在母线的闭锁控制器1。

所述闭锁控制器1，用于接收到短路电流信号，向本级变电所总开关3内的矿用智能综合保护器发送短路闭锁信号。

所述矿用智能综合保护器，用于接收闭锁控制器1发送的闭锁信号，在矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时前闭锁总开跳闸线圈，使之不能跳闸，并闭锁上一级变电所分开关2的速断保护功能，防止分开关越级跳闸；矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时后仍有大电流通过，控制总开关跳闸。

所述闭锁控制器用于防越级跳闸，是实现井下变电所无人值守必备措施，能显著提高井下电网的可靠性与安全性，避免井下发生大面积停电，缩短故障排除时间。采用信号闭锁控制技术及光纤通信技术，彻底解决煤矿井下由于短路引起的越级跳闸故障。当电路某处短路时，短路点的所有上级开关都通过短路电流，短路点的下级开关不通过短路电流。短路处下级分开关的短路电流采集模块检测不到短路大电流，不会发出短路信号；短路处上级的多个分开关的短路电流采集模块都检测到短路大电流，都发出短路信号，并通过闭锁控制器和矿用智能综合保护器，闭锁本级总开关和上一级分开关的速断保护功能，使之不能迅速跳闸。只有最靠近短路处的一级分开关因下级分开关(在短路处下面)不发出短路闭锁信号而不被闭锁，迅速跳闸，从而保证不产生越级跳闸。当最靠近短路处的分开关因故障拒动时，本级总开关矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时后总开关跳闸，作为本级分开关的后备保护。

每个变电所只需要向上级传送本变电所总开关的短路闭锁信号，对于两路供电线路只需要一根四芯矿用光缆就可以完成变电所间防止短路越级跳闸级联信号传输。

如图5所示，采用矿井电力监控系统的矿井电力监控方法，包括如下步骤：

步骤1：本安型红外线传感器和门禁开关检测装置实时探测是否有人员进入该变电所，当有人员进入，向监控中心站发送信号；

步骤2：烟雾传感器和温度传感器实时监测变电所环境参数，本安摄像仪实时获取变电所内视频信息，并分别发送给监控中心站；

步骤3：监控中心站通过核心交换机接收多个电力分控中心发送的监测信息，对视频信息解码后进行显示；

步骤4：监控中心站判断烟雾传感器和温度传感器检测到的瓦斯、烟雾和温度值是否超过预设的报警阈值，是，执行步骤5，否则，执行步骤7；

步骤5：监控中心站启动紧急预案：推送出该变电所视频图像，通过语音报警装置向变电所附近的人员进行语音广播，通过声光报警器发出声光报警命令，通过信号显示牌提示该变电所发生意外状况，必须马上采取必要的控制措施，防止事故扩大，从而确保变电所运行安全；

步骤6：监控中心站将事故发生前后本安摄像仪对事故发生地的实时影像录像存储，以便事后对事故的回放和调查；

步骤7：工作人员通过工程师工作站和超级操作员平台与矿井电力监控系统进行人机交互，并对变电所进行集中监控。

如图6所示，采用矿井电力监控系统的矿井电力防越级跳闸方法，包括如下步骤：

步骤1：短路电流采集模块实时检测矿井供电电路是否短路，当电路短路时，通过闭锁线将短路电流信号发送给闭锁控制器；

步骤2：闭锁控制器接收短路电流信号，向本级变电所矿用智能综合保护器发送短路闭锁信号，并将短路开关位置发送给监控中心站；

步骤3：矿用智能综合保护器接收闭锁控制器发送的闭锁信号，闭锁本级总开关和上一级变电所分开关的速断保护功能；

步骤4：最靠近短路点的分开关立即速断跳闸，切断短路线路，如果未跳闸，本级总开关中矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时后，总开关跳闸；

步骤5：监控中心站提示工作人员短路开关位置；

步骤6：短路电流消失，各级开关解除闭锁。

Claims (5)

1.一种矿井电力监控系统，其特征在于，包括：

电力分控中心、核心交换机和监控中心站；

所述电力分控中心设置于各变电所中，电力分控中心包括：电力监控站、本安摄像仪、本安型红外线传感器、烟雾传感器、温度传感器、语音报警装置、声光报警器、信号显示牌、门禁开关检测装置、开关设备和环网交换机；

所述本安摄像仪连接环网交换机，信号显示牌、语音报警装置、门禁开关检测装置、本安型红外线传感器、开关设备、烟雾传感器和温度传感器分别连接电力监控站，电力监控站连接环网交换机；

所述核心交换机和各环网交换机通过工业环网连接，核心交换机连接监控中心站。

2.根据权利要求1所述的矿井电力监控系统，其特征在于，所述监控中心站包括与核心交换机相连接的服务器、工程师工作站和超级操作员平台。

3.根据权利要求1所述的矿井电力监控系统，其特征在于，所述开关设备包括：设置于井下变电所总开关内的矿用智能综合保护器、与变电所各防爆分开关相连的短路电流采集模块和设置于变电所每段母线上的闭锁控制器，所述闭锁控制器相互连接且连接监控中心站，闭锁控制器通过闭锁线分别连接短路电流采集模块和矿用智能综合保护器，矿用智能综合保护器连接上一级变电所中分开关；

所述短路电流采集模块，用于检测分开关的短路电流信号，并通过闭锁线发送给该短路电流采集模块所在母线的闭锁控制器；

所述闭锁控制器，用于接收短路电流信号，向本级变电所总开关内的矿用智能综合保护器发送短路闭锁信号；

所述矿用智能综合保护器，用于接收闭锁控制器发送的短路闭锁信号，在矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时前闭锁总开关跳闸线圈，使总开关不能跳闸，并闭锁上一级变电所分开关的速断保护功能，防止分开关越级跳闸；矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时后仍有大电流通过，控制总开关跳闸。

4.采用权利要求1所述的矿井电力监控系统的矿井电力监控方法，包括如下步骤：

步骤1：本安型红外线传感器和门禁开关检测装置实时探测是否有人员进入该变电所，当有人员进入，向监控中心站发送信号；

步骤2：烟雾传感器和温度传感器实时监测变电所环境参数，本安摄像仪实时获取变电所内视频信息，并分别发送给监控中心站；

步骤3：监控中心站通过核心交换机接收多个电力分控中心发送的监测信息，对视频信息解码后进行显示；

步骤4：监控中心站判断烟雾传感器和温度传感器检测到的环境参数即瓦斯、烟雾和温度值是否超过预设的报警阈值，是，执行步骤5，否则，执行步骤7；

步骤5：监控中心站启动紧急预案：推送出该变电所视频图像，通过语音报警装置向变电所附近的人员进行语音广播，通过声光报警器发出声光报警命令，通过信号显示牌提示该变电所发生意外状况；

步骤6：监控中心站将事故发生前后本安摄像仪对事故发生地的实时影像录像存储；

步骤7：工作人员通过监控中心站与矿井电力监控系统进行人机交互，并对变电所进行集中监控。

5.采用权利要求3所述的矿井电力监控系统的矿井电力防越级跳闸方法，包括如下步骤：

步骤1：短路电流采集模块实时检测矿井供电电路是否短路，当电路短路时，通过闭锁线将短路电流信号发送给闭锁控制器；

步骤2：闭锁控制器接收短路电流信号，向本级变电所矿用智能综合保护器发送短路闭锁信号，并将短路开关位置发送给监控中心站；

步骤3：矿用智能综合保护器接收闭锁控制器发送的闭锁信号，闭锁本级总开关和上一级变电所分开关的速断保护功能；

步骤4：最靠近短路点的分开关立即速断跳闸，切断短路线路，如果未跳闸，本级总开关中矿用智能综合保护器的定时限过流保护延时到时后，总开关跳闸；

步骤5：监控中心站提示工作人员短路开关位置；

步骤6：短路电流消失，各级开关解除闭锁。