煤礦井下供電監控系統
概要設計
討論稿）
一、 現狀及問題
二、 設計依據
三、 市場同類產品現狀
四、 系統目標
五、 整體技術路線
六、 整個設計框架
七、 各關鍵部件的功能及技術指標
八、 分工與合作
九、 開發步驟
一、 現狀與問題
煤礦井下供電一般採用逐級供電方式，多採用地面變電所——井下**變電所——採區變電所——移動變電站——饋電（磁力啟動器、真空饋電開關）。各礦依據自身的生產規模有所不同。由於各變電所（站、磁力啟動器、真空饋電開關）下控多個用電裝置，一旦某一用電裝置出現漏電或短路等故障時，就會造成該變電所（站、磁力啟動器、真空饋電開關）所控制的所有裝置全部斷電，這就給煤礦生產造成了麻煩，事故排查工作十分困難，嚴重影響煤礦的安全和生產。
因此，煤礦急需能夠及時掌握各個裝置的用電情況，並且能夠對每個裝置進行單獨控制，這樣就能減少影響煤礦安全和生產的不穩定因素，做到供電穩定、終端控制、分源控制、智慧型斷電。
二、 設計依據
「煤礦安全規程」中對井下供電提出明確的要求：
第 451條井下高壓電動機、動力變壓器的高壓控制
裝置,應當具有短路、過負荷、接地和欠壓釋放保護；井
下由採區變電所、移動變電站或者配電點引出的饋電線
上，必須具有短路、過負荷和漏電保護.低壓電動機的控
制裝置,必須具備短路、過負荷、單相斷線、漏電閉鎖保
護及遠端控制功能。
第453條煤電鑽必須使用具有檢漏、漏電閉鎖、短
路、過負荷、斷相和遠距離控制功能的綜合保護裝置.
三、 市場同類產品現狀
開封測控技術****開發的kj357礦空電力監控系統以及qdl9000電力監控系統等，這些系統普遍只解決了井下變電所、移動變電站和饋電、開關的監控問題，沒有實現對工作現場各種裝置用電的工作狀態監控，無法真正避免因個別裝置導致的井下大面積長時間停電事故的發生，並且此類故障排查十分困難，無法做到井下控電管理的精準和有針對性，煤礦井下斷電越級現象時有發生，不能真正做到分源控制、智慧型斷電。
四、 系統目標
系統是對井下所有變電所（站）供電裝置、主要生產用電裝置的工作狀態進行實時監測、控制、管理和安全保護，實現煤礦供電系統和用電裝置的**監測、遠端操作控制、實時故障報警、資料統計分析、執行安全保護、用電計量管理；實現供電系統及用電裝置「四遙操控」（遙測、遙控、遙調、遙信），解決煤礦供電系統越級跳閘導致突發大面積和長時間停電等煤礦供電難題，真正實現對特定故障裝置的分控管理，做到有故障就關斷，無故障不關斷，徹底避免了井下大面積長時間通電事故的發生。實現煤礦供電系統和生產裝置的全面自動化監控，構建井下「無人值守」的變電所和用電管理系統。
本系統最突出的特點在於真正解決的煤礦井下供電管理「最後一公里」的問題，也就是生產現場最末端用電裝置的工作狀態監測問題，從而延長了供電系統的監控範圍和區域，真正實現了對井下全部供電系統的監管。
五、 技術路線
本系統的技術路線採用監測與控制並行，光纖與載波共用。
地面監控中心與井下各級變電所（包括移動變電站）之間均採用光纖網路通訊方式；最末級變電所（或移動變電站）到供電裝置之間採用電力載波通訊手段。
整個系統由**通訊構成：第一級為地面監控中心與井下各級監控分站之間，採用ip網路通訊工作方式；第二級為各級監控分站與電力載波模組之間，採用由監控分站主叫的巡檢工作方式；第**為電力載波模組與各狀態監測模組之間，採用電力載波模組主叫的巡檢工作方式。
六、 整體設計框架
1、 系統拓撲關係
電力載波模組
狀態監測模組
監測分站
2、 系統組成
整體由四部分構成：地面監控中心、網路通訊部分、各級變電所（站）監控分站部分、末端狀態採集及載波傳輸部分。
地面監控中心由計算機等組成，設在排程室內；
網路通訊部分由光纖、兩端的網路裝置以及電源
等構成。
各級變電所（站）監控分站部分由監控分站、所
站）內裝置供電狀態監測裝置、本安電源等組成。
末端狀態採集及載波傳輸部分由裝置工作狀態監
測模組（1140、660、127三種）、載波通訊模組（收
發各乙個）等組成。詳見下圖：
127v
1140v
3、 系統指標
3.1 帶載分站數量：32個
3.2 控端執行時間：不大於2s
3.3 誤位元速率：不大於10-8
4、 系統功能
4.1 監測採掘工作面所有用電裝置的狀態——供電電壓、工作電流等；
4.2 及時發現供電線路可能存在的故障隱患；
4.3 遠端控制採掘工作面裝置的供電開關；
4.4 及時發現用電裝置的浪湧隱患；
4.5 對用電裝置超過允許工作條件進行預警；
4.6 對井下個別存在用電隱患的裝置進行遠端斷電並進行預警提醒；
七、 各關鍵部件的功能及技術指標
1、 電力載波模組
是乙個獨立裝置，用於接收多路資料，並將資料重組後利用127v電源線傳送到移動變電站的監控分站；同時可輸出多路控制資訊（開關量）。
接收資料的方式應具備有線和無線兩種方式，有線可採用rs485，無線可採用zigbee或wifi；最好採用無線方式；
接收資料的數量建議為4或8路；
控制訊號的傳輸方式也建議採用具備無線和有線兩種方式，若一種的話建議採用無線方式；
控制資訊的數量也建議4或8路；
載波模組的最長通訊距離為1.5km，若實際距離超過1.5km，可採用中繼方式來延長通訊距離；
硬體設計要求：電路採用本安設計，裝置體積和重量盡可能小；應有通訊、供電工作指示；
軟體設計要求：應具備裝置自識別功能，定期巡檢所連線裝置的監測結果；若無應答，應給出故障標誌，待分站巡檢時上傳給分站。巡檢週期可預設或遠端設定。
2、 狀態監測模組
為乙個獨立工作的裝置，用於監測所連線裝置的工作電壓、工作電流等引數。監測結果通過無線或有線方式傳送給電力載波模組。
該模組輸入為裝置所需的供電電源，輸出為裝置所需的供電電源，以及監測的資料。裝置應有工作、通電、通訊等狀態指示。
該裝置的硬體設計應最好採用本安式設計，若不可行再採用隔爆方式設計。
該裝置得軟體設計應考慮裝置自帶編碼，可實時監測裝置工作狀態，並將監測結果儲存在本機中，待接到電力載波模組指令後，將最新監測結果上傳。本機可考慮自帶預警和報警功能，可具體商榷。
3、 監控分站
為乙個獨立工作的裝置，用於巡檢電力載波模組的資料，以及將接收到的資料上傳給地面監控中心。同時，顯示所管控區域內裝置的工作狀態，接收並執行地面監控中心的指令。
該裝置具備顯示、資料接收/上傳、預警以及按鍵設定並控制的功能。
裝置顯示建議採用5寸或7寸的液晶顯示觸控螢幕，採取圖形化顯示，設計3-5個觸控按鍵，實現設定和控制的功能。
4、 監控軟體
具備的功能及介面：
4.1 系統裝置執行狀態圖
4.2 各變電所裝置執行狀態圖
4.3 各採掘工作場所裝置執行狀態圖
4.4 系統遙測結果一覽表
4.5 各單獨裝置操控視窗
4.5 系統執行各引數設定**
4.6 預警引數設定**
4.7 各統計分析圖表
4.8 各區域電壓實時曲線
4.9 各區域電流歷史及實時曲線
4.10 歷史斷電事故查詢
4.11 各工作日誌查詢等
八、 分工與合作
整體分成兩塊：
第一塊：核心技術部分——電力載波模組和監測狀態模組由理工大學雄老師負責，聖宜達公司全力配合；
第二塊：其它部分的開發均由聖宜達公司承擔，內部具體劃分另行商議。
九、 開發步驟
開發總體分為三個階段：
第一階段，核心技術原理性試驗階段。主要進行電力載波的通訊距離、抗干擾能力以及高壓情況下工作狀態的監測問題
第二階段，在第一階段通過的前提下，開始整個專案的開發，包括所有軟硬體的開發，最終拿出系統樣機，具備送檢的條件。
第三階段，系統送檢，同時進行小批量生產前的技術完善和準備工作。
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