KJ254矿用数字化电力监控系统简介

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KJ254矿用数字化电力监控系统简介

一． KJ254

矿用电力监控系统的概述

电光防爆电器有限公司是专业从事煤矿工业现场测量、控制方面新产品开发及项目设计，施工，技术服务和矿用高、低压开关生产的专业公司。2003年，公司在多年从事矿用高、低压防暴开关研发生产的基础上把煤矿电力系统保护、计量、检测、控制与计算机通信、控制技术相结合开发了新型煤矿电力自动化系统―KJ254煤矿电力监控系统。它能够实时检测煤矿电力系统的运行状态和各种技术参数，对电力系统自动进行各种保护，超限报警，停、送电控制等，并能上传电力系统运行状态和各种技术参数的实时数据到井上计算机和矿局域网，供有关部门对电力系统进行监控、供用电统计、制定电力系统运行计划和设备维护维修计划等。

二．KJ254 矿用电力监控系统的组成

KJ254 矿用电力监控系统主要由系统主计算机、备用计算机、煤矿用通讯传输接口、高压防爆开关保护器、低压馈电开关保护器、磁力启动器保护器、监控通讯分站和通讯线路组成。其组成框图如下：

系统采用最新的工业以太网+现场总线方式，整个系统分为控制层、数据传输层和设备层三层体系结构。设备层以保护器为数据采集、电力系统保护、控制设备，采用现场总线方式，保证了系统的实时性。数据传输层以各个监控通讯分

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站为节点建立一条贯穿于井上井下的高速以太冗余环网。控制层系统主机运行于环网之上，通过系统软件在地面调度室对全矿电力系统进行“四遥”，并与上层矿级管理系统进行信息交换，实现管控一体化。

三、KJ254 矿用电力监控系统的功能

1．对电力系统的保护

KJ254矿用电力监控系统是将电力保护与计算机通讯相结合开发的新型电力自动化系统，它把对电力系统的保护放在首位，对电力系统的保护主要是以单片机为核心的智能保护器来完成。具有短路速断、定时限过流、反时限过载、欠压、过压、断相、漏电等综合保护功能。当电路发生故障时，控制开关自动跳闸断电，防止故障进一步扩大。

由于保护器的数字化、智能化使其保护更灵敏，动作速度更快，保护电压、电流的整定更精确、范围更广、调整简单易行且连续可调。 2．对电力系统的监控

全矿供电系统以动态模拟图形式在系统主机屏幕上显示，颜色的改变及色块的流动代表线路的停，供电和电流流动状态，整个电力系统所有开关和线路的运行状态一目了然。电压、电流、功率、用电量等实时数据都显示在系统主机的屏幕上，使生产调度人员时时掌握电力系统的工作和负荷情况，随时根据需要做出调整。系统在保护器屏幕、监控通讯分站屏幕，系统主机屏幕上都能显示、查询电路的实时数据、历史数据、事件记录等各种参数值，方便用户对系统管理、使用、维护。

在系统主机上可以进行全矿所有开关的停、送电操作，使线路停、送电指令发出和执行可以由一人完成。避免了过去通过电话联系调度时，发令人与收令人沟通失误造成的时间延误和误操作。真正实现了变、配电所的无人值守。 3．故障记录和报警

当某一电力线路发生短路、过载、漏电、断相、欠压、过压等故障时，保护器控制开关自动跳闸断电实现对电力线路的保护，同时将故障线路的故障时间、类型和故障瞬间参数值上传到系统主机，显示故障界面并发出报警，通知值班调度处理故障。线路维护人员可以根据屏幕上显示的故障线路名、故障类型和故障时的电流、电压、电缆绝缘电阻等数据迅速判断出故障设备和故障点。对线路的维修具有指导作用，大大加快了维修速度。 4．对生产设备维护的指导

通过对供电线路电流值的观察和历史数据的分析，可以掌握电路的电流与其下挂接生产设备负载的相对关系，当电路电流发生持续异常变化时（如机械负载不变，电流增大），可以推断可能是生产设备产生缺少润滑油、卡阻、轴承不灵活等机械故障使负荷加大，指导设备维护人员有计划的对设备进行检查，把故障消灭在发生的初期，避免因故障发现不及时引起的设备损坏，影响生产。 5．开关远程整定功能

在系统主机上可以对整个电力系统所有开关保护器进行定值整定和修改，使开关保护整定校核更加准确及时，大大减小了整定工作量。通过对电力系统运行数据的观察和历史纪录的分析，可以掌握电力系统负荷的变化规律和使用极限值，确定出更加符合实际需求的保护器整定值，使保护更加灵敏、可靠。 6．管理功能

在系统主机上可以查询、分析电力线路的运行日志，操作日志，历史趋势，

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故障记录；统计用电量，制作、打印日、月报表，方便了电力系统的管理和考核。 7．操作记录

KJ254矿用电力监控系统对系统运行和操作进行记录，通过查询系统运行日志和操作日志可以了解系统运行情况和值班人员的操作，对照系统事件记录可以对值班人员进行责任考核和管理。 8．网络发布功能

系统可以通过网络发布，具有操作权限的用户可以通过矿局域网或INTERNET网络对系统进行查询和操作。 9．远程维护功能

通过INTERNET，我公司可以对用户的电力监控系统进行远程维护和技术支持，使服务更加及时到位。

四．主要设备简介及性能指标 1 . 系统主计算机，备用计算机

系统主计算机接收通讯分站上传的电力线路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、用电量等电力线路运行的实时数据和开关运行状态信号；对开关分、合闸状态和开关运行中分、合闸操作、过流、断路、过压、欠压、漏电等保护跳闸的事件进行纪录。并通过组太软件对这些数据进行统计、归类、存贮、处理，形成电力系统运行的动画模拟图；实时数据、历史数据、运行事件、设备整定值数据表；历史趋势曲线、直方图、操作记录和用电量日报表、月报表等。在系统主机上进行操作，通过网络下达指令，可以修改井下通讯分站运行程序、保护器整定定值；可以对开关进行分、合闸操作和故障跳闸后信号复归操作等，实现对整个电力系统的监控。系统可以接入矿上的局域网和因特网，具有使用权限的用户可以通过网络观看系统的运行界面，查询数据和进行各种操作。设备型号：研华工控机IPC610 CPU：P4 2.8 G 内存： 512 M 硬盘：80 G 显示器： 17” 液晶网卡：10/100M 自适应操作系统：WINDOWSXP 组态软件：力控FCPOWER 5.0

2. 监控通讯分站

监控通讯分站是一台小型工业用以太网工作站，它有两对以太网光纤接口、6个RJ-45接口和两个RS-485串行通讯接口。光纤接口用于组成环网；RJ-45接口用于接入矿上已有以太网或连接其它RJ-45接口设备； RS-485接口通过矿用两芯阻燃电缆连接高爆、馈电、磁力开关保护器的RS-485输出信号。每个RS-485接口可以并接24台保护器；每台分站可接48台保护器或其他RS-485通讯设备。高爆、馈电、磁力保护器可以混接在同一个RS-485接口上。

通讯分站以一定的周期轮询其下通过RS-485接口挂接的保护器，得到的实时数据存贮在分站计算机的存储器内，并对数据进行处理，打包成TCP/IP数据报，通过光纤以太网传送到系统主机。系统主机的指令打包成TCP/IP数据报通过光纤以太网传送到通讯分站，由分站计算机转换成RS-485信号传输到电力系统保护器的单片机执行，实现对开关的整定与控制。

在通讯分站上，可以对其下挂接的每台保护器进行实时数据、整定值、通讯状态、开关运行状态和事件的查询；保护定值整定与修改；时钟校定、运行调试

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与保护试验；遥控分、合闸；通讯规约设置等各种操作，也可以进行通讯分站自身的IP地址和网络设置。

通讯分站对保护器的监控是独立的，在与主机不能通讯时仍能正常工作。型号：KJ254-F 电源：AC127V（停电后仍可靠电池工作4小时）功耗：<=25W 接口：标准光纤接口2对，单模光纤，波长1310NM，最大传输距离20KM。标准RJ45接口6个，网线，最大传输距离100米。

标准RS-485接口2个，半双工，普通矿用阻燃电缆，传输速率9600BPS，最大传输距1200M。

硬件特性： CPU： ARM S3C2440A 400 MHZ 内存：64 M 存储空间：64 M 显示器：6.4” TFT真彩网卡： DM9000 10/100 M自适应

操作系统：WINDOWS CE . NET 挂接保护器数量：48台

3. 保护器

高爆、馈电、磁力开关保护器采集电力系统的瞬时电压、电流、零序电压、零序电流、电缆绝缘电阻值等信号，通过保护器内单片机的处理和计算得出开关所控制电路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、用电量、零序电压、零序电流、电缆绝缘电阻值等数据，在保护器的屏幕上进行本地显示；保护器将获取的各种实时数据值与保护器整定值进行比较，控制开关实现电路的短路保护、速断保护、过流定时限保护、过载反时限保护、漏电保护、欠压保护和过压保护等；当开关合、分闸和因保护跳闸时，保护器以事件记录形式记录合、分闸开关的合、分闸时间，跳闸故障类型和故障电路出现故障瞬时的实时数据。

通过操作开关上的按钮，可以在开关上对保护器的通讯地址、保护电流、额定电压、延时等十几种整定值进行本地整定和修改；还可以进行各项实时值、整定值、运行事件查询和速断、过负荷、漏电、断相等保护的模拟试验。

保护器单片机在完成数据采集、处理开关本地控制的同时，对电路的电流、电压、功率、功率因数、用电量等实时数据和开关分、合状态、运行事件等进行储存，并通过RS-485接口串行通讯传送到通讯分站。

智能保护器是独立的保护、监控设备。通讯线路发生故障不影响保护器对开关的监控保护功能。它既可以单独使用在电路中，对开关进行综合保护、控制、数据采集、显示和调整；又可以接入到电力监控系统中联网运行。（1）高压防爆开关保护器型号：GWZB-10(6) 额定输入电压： AC100 V 额定输入电流： 5A 短路保护动作时间：<100 毫秒电压、电流、功率测量精度：±1%

电度量测量精度：1.0级，累计值十年不溢出

通讯功能：RS-485通讯接口，半双工，传输速率9600BPS，最大传输距离1200M。具有风电瓦斯闭锁功能。（2）馈电开关保护器

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型号：WZB-6

额定电压：380V 、 660V 、1140V

额定电流：5A 短路保护动作时间：<100毫秒电压、电流、功率测量精度：±1%

电度量测量精度：1.0级，累计值十年不溢出

通讯功能：RS-485通讯接口，半双工，传输速率9600BPS，最大传输距离1200 M。

预留瓦斯检测接口，可外接瓦斯检测器。

（3）磁力起动器保护器型号： WZBQ-6 额定电压：380 V 、 660 V 、1140 V 额定电流： 30~400A 短路保护动作时间：1~5秒可调电压、电流、测量精度：±1%

通讯功能：RS-485通讯接口，半双工，传输速率9600 BPS，最大传输距离1200 M。

五、主要设备名细

序号名称及规格 1 机算计IPC610及应用软件 2 力控5.0组太软件 3 矿用通讯传输接口KJJ 4 5 6 7 8 9 监控通讯分站 KJ254-F及软件高压防爆开关保护器GWZB-10(6) 低压馈电开关保护器WZB-6 低压磁力起动器保护器WZBQ-6 矿用阻燃四芯单模光缆(MGTS型) 矿用普通阻燃三芯电缆(3X 1.0mm2) 数量 2套 2套 1台台台台台米米备注一套主机，一套备用热备用系统可配置64台分站（需要时还可扩展）；每台分站可挂接48台保护器或其他RS485通讯设备六、应用实例

1．阳煤集团新景矿井下电力监控系统一期工程

山西阳泉阳煤集团新景矿现有职工4000多人，年产量600多万吨，是一个具有一定规模的国营大矿。矿上有两个35KV变电站，井下有18个变配电所，共215台高压防爆开关和112台低压馈电开关。新景矿计划井下电力监控系统分两期完成。一期工程改造6个中央配电所的高压系统，共82台高压防爆开关，待一期工程运行稳定后，再改造其他线路。

新景煤矿井下电力监控系统一期工程具体情况如下： (1) 监控点分布

新景矿一期工程共改造6个中央配电所的高压系统，具体分布如下： a．千米中配 10台高压防爆开关 b．芦南中配 16台高压防爆开关 c．二区中配 16台高压防爆开关

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d．丈八中配 15台高压防爆开关 e．丈八一配 9台高压防爆开关 f．芦北中配 16台高压防爆开关（2）技术方案

a．高压防暴开关不动，把开关内原有的老保护器去掉，换上我公司生产的新型GWZB-10(6)KV智能保护器，并对高压防暴开关的控制线路作相应修改。 b．在每一个中央配电所安装一台通讯分站。高爆开关保护器的RS-485 输出线用普通两芯矿用电缆并接到通讯分站的RS-485接口上。

c．千米、芦南、二区、丈八、芦北中配原有已建好的人员定位系统的以太网交换机、电力监控系统的通讯分站通过RJ45接口用网线连接人员定位系统的交换机，接入矿上原有的以太网。 d．丈八一配没有人员定位系统以太网交换机，距离最近的丈八中配大约800米，通过光纤接口用四芯单模光纤连接丈八一配和丈八中配电力系统通讯分站，使丈八一配通讯分站接入人员定位系统以太网。

e．在调度室，从人员定位系统以太网交换机上通过RJ45接口用网线连接电力监控系统主机和备用主机。电力监控系统在通讯线路上并入原有人员监控系统以太网，在软件和控制上自成独立系统。

f.．系统主机通过RS-485接口连接到我公司生产的模拟屏声光显示控制器上,通过模拟屏声光显示控制器在调度室电力系统模拟屏上用灯光显示开关的通、断状态。故障时，发出故障声光报警。（3）系统图

（4）项目实施

新景矿电力监控系统一期工程于2006年1月20日签订合同，2006年3月4

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日正式生效，开始实施。2006年5月1日正式开始现场施工。在不影响生产的情况下，在生产间隙逐步安排停电更换高爆开关保护器。2006年6月29日整个工程施工完毕，通过验收交付使用，至今运行良好，受到矿上的好评。 2007年5月1日，新景矿电力监控系统二期工程正式开始施工。二期工程改造剩下的12个变配电所，133台高爆开关，112台馈电开关，12台通讯分站。二期工程完成后，电力监控系统将覆盖所有井下电力线路。目前，新景煤矿电力监控系统二期工程正在施工当中。

2．山西长治潞安集团漳村矿电力监控系统

漳村矿现有职工4000余人，年产量500万吨，是上市公司潞安环能的下属矿。2006年矿上投入2000万对矿区的电力系统、掘进、采煤、通风、水泵、皮带运输、提升、安全监控、计量、人员定位、生产管理等所有系统进行通讯监控改造，要建成一个集全矿所有系统为一体的1000 M 以太网。我公司承担了该矿电力系统低压线路部分的系统改造项目。工程具体情况如下：

（1）监控点分布

漳村矿要改造的低压供电系统分布在一个井上变电站和四个井下变电所中。

a. 地面变电站低压馈电开关6台 b. 井下中央2#变电所低压馈电开关9台 c. 井下中央3#变电所低压馈电开关8台 d. 二二变电所低压馈电开关9台 e. 二水平双风机变电所低压馈电开关21台

共5个变电所，馈电开关53台。

（2）技术方案

a. 由于原来低压线路已运行多年。馈电开关已相当破旧落后，矿上决定所有53台馈电开关更换为安装有我公司WZB-6智能馈电开关保护器的新型馈电开关。

b. 在地面变电所安装一台地面通讯分站。井下4个变电所安装4台井下通讯分站；馈电开关保护器的RS-485通讯线通过普通矿用阻燃电缆并接在通讯分站的RS-485接口上。

c. 矿用通讯传输接口，系统主机安装在调度室。矿用通讯传输接口，通讯分站，用光缆连接组成环网。系统主机通过RJ45接口用网线连接到矿用通讯传输接口上。

（3）系统图

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（4）项目实施

2006年12月25日设备和原辅材料运抵现场，正式开始施工；2007年1月21日安装调试完毕投入试运行。至今运行状况良好。