淺談電能計量管理系統(tǒng)在煤礦上的應用

 

摘要：隨著煤礦供電系統(tǒng)管、控一體化的發(fā)展需要，本文提出了一種基于礦井光纖網(wǎng)絡構成的煤礦電參數(shù)計量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實現(xiàn)變電所各類開關、動力設備的用電高精度計量；遠程實時監(jiān)測各路電參數(shù)；遠程抄表；遠程監(jiān)控重點用電設備的運行狀況等功能，提高了煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平，推進了煤礦智能化進程。

關鍵詞：管、控一體化；高精度計量；遠程實時監(jiān)測；遠程抄表

       目前國內有許多企業(yè)致力于煤礦電能監(jiān)控系統(tǒng)的研究和發(fā)展，目前來說大致可以分為兩類：有線傳輸方式、無線傳輸方式。

1.1井上變電所系統(tǒng)

      井上變電所電能抄表系統(tǒng)由于不涉及安全防爆和線路局限問題，現(xiàn)對較容易實現(xiàn)，常見有兩種組網(wǎng)方式：有線傳輸和無線傳輸兩種方式。有線傳輸由于受到線纜的限制在許多場合受到制約，無線傳輸是多數(shù)系統(tǒng)的推薦方式。

1.2井下變電所系統(tǒng)

井下變電所系統(tǒng)普遍存在距離分散，防爆要求高，通訊信號受局限，施工作業(yè)困難等現(xiàn)狀，致使電能監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方式較少，產(chǎn)品單一，目前主要有礦用隔爆型電度表箱構成的電度計量方式。

 

2 傳統(tǒng)計量方式存在的問題

     目前我國煤礦生產(chǎn)用電的計量管理手段還不夠健全，很多煤礦電能計量還是采用傳統(tǒng)的機械式或電子式電能表計量，每天有專門人員按照統(tǒng)一格式定時抄寫各個線路和主要變電所電能數(shù)據(jù)，特別是在井下，電能的統(tǒng)計和分析管理更是滯后和繁瑣。

     許多煤礦目前這種粗略的計量造成很多問題。

     1)不能準確計量各用戶用電情況，有效控制成本，造成浪費。

     2)人工抄表需要的人員多，工作效率低。

     3)數(shù)據(jù)處理、報表打印工作量大，效率低、容易出錯。

     4)系統(tǒng)組成較為落后，設備過于分散且安裝不方便。

     5)設備落后，不能滿足目前煤礦數(shù)字化、信息化建設發(fā)展需求。

 

      目前各個煤礦內部已經(jīng)具有覆蓋全礦井的工業(yè)光纖網(wǎng)絡。因此，借助于現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡，采用先進的智能電量測量技術、數(shù)據(jù)庫技術、光纖網(wǎng)絡通訊技術，對全礦用電設備用電量進行遠程集中監(jiān)測，實現(xiàn)變電所各類開關、動力設備的用電高精度計量；遠程實時監(jiān)測各路電參數(shù)；遠程抄表；遠程監(jiān)控重點用電設備的運行狀況；自動生成各種報表，所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享，使管理者可以詳細直觀的掌握整個供電工區(qū)的設備用電狀況、電力負荷分布等，為用電管理提供決策參考。電量數(shù)據(jù)通過內部網(wǎng)絡實時發(fā)布，提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平，實現(xiàn)管、控一體化，推進煤礦智能化。圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡圖。

 

圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

 

 

4.1前端采集子系統(tǒng)

      多路電參數(shù)計量箱顯示箱作為各配電點的數(shù)據(jù)集中采集設備，內部主要由嵌入式工控機、工業(yè)級開關電源、工業(yè)以太網(wǎng)交換機等組成。前門配有鍵盤式鼠標，windows CE7.0操作系統(tǒng)作為運行平臺，操作簡便。多路電參數(shù)計量箱顯示箱擔負著電量數(shù)據(jù)采集，就地集中顯示的重要任務，數(shù)據(jù)信號通過以太網(wǎng)接口輸出，向地面服務器發(fā)送實時采集數(shù)據(jù)。

4.2通信系統(tǒng)

      對于通信子系統(tǒng)來說，它就是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的信道。本系統(tǒng)充分利用煤礦現(xiàn)有的工業(yè)光纖網(wǎng)絡，對于光纖通信來說，具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠以及抗干擾性強等特點，無需重復敷設通訊線纜。

4.3中心處理子系統(tǒng)（數(shù)據(jù)服務器）

      中心處理子系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應的軟件構成，是整個電能計量自動抄表系統(tǒng)的上層，所有支路的用電信息通過信道匯集到這里，管理人員利用軟件對數(shù)據(jù)進行匯總和分析，作出相應的用電管理決策。

4.4配套設施

      數(shù)據(jù)采集模塊：KBDX-3模塊是專門針對煤礦供電設備特點開發(fā)的一款智能型三相電參數(shù)綜合采集模塊——可準確測量并輸出多達數(shù)十種諸如三相電壓、三相電流、用電量等電力參數(shù)，是目前電測行業(yè)功能齊全的智能采集模塊。本系統(tǒng)采用KBDX-2模塊作為底層的數(shù)據(jù)信號采集設備。

 

 

      本計量系統(tǒng)的顯著特點：

     1）采用先進的智能電量測量技術、現(xiàn)場總線通訊技術、光纖網(wǎng)絡通訊技術、數(shù)據(jù)庫技術，對礦井用電設備進行遠程集中監(jiān)控，實現(xiàn)井下變電所各類開關、大型設備的用電高精度自動計量；遠程實時監(jiān)測井下各路電參數(shù)；遠程抄表；遠程監(jiān)控重點用電設備的運行狀況；自動生成各種報表，所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享，使管理者可以詳細直觀的掌握整個供電工區(qū)的設備用電狀況、電力負荷分布等，為用電管理提供決策參考。利用地面現(xiàn)有的辦公網(wǎng)絡，明顯提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平。

      2)采用工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)測監(jiān)控，可以通過圖、表、曲線等方式進行數(shù)據(jù)顯示及分析處理。軟件支持EXCEL（電子表格）數(shù)據(jù)報表輸出，利用EXCEL的強大數(shù)據(jù)報表處理功能，可快速處理每月的電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表輸出，免去繁瑣的下井抄表、數(shù)據(jù)手工輸入工作，顯著提高辦公效率。（并免除了人為抄表中存在的不確定因素）。

     3)井下計量箱一臺可替代多臺（3-32臺）老式隔爆型電度表箱，成倍的減小了設備在硐室的占地空間，而且和饋電開關之間不需要連接主回路電纜，大大節(jié)省設備聯(lián)接電纜投資的同時減少了電氣設備的失爆點和故障點。是老式隔爆型電度表箱的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

     4)采用自主研發(fā)的智能型電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊替代傳統(tǒng)的電度表，大大提高了采集精度（為0.2級）。

    5） 井下計量箱采用10.4英寸真彩寬屏工控機為設備提供信息查詢和參數(shù)設置，配有的鼠標鍵盤，windows CE操作系統(tǒng)作為運行平臺，實現(xiàn)人機對話。

    6）可實時測量各支路的累計電量、三相電流、電壓的真有效值、功率、功率因數(shù)和峰值電流。

 

6.1概述

     用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側管理等課題。

     安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

6.2應用場所

     （1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

     （2）商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）；

     （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

     （4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

     （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

     （6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

 

 

6.3系統(tǒng)結構

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1

      實時監(jiān)測系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

6.4.2電能統(tǒng)計報表

      系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

6.4.3詳細電參量查詢

       在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

6.4.4運行報表

        系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

6.4.5變壓器運行監(jiān)視

        系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6.4.6實時報警

       系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

6.4.7歷史事件查詢

       系統(tǒng)能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.4.8電能質量監(jiān)測

       系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的電能質量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

6.4.9遙控操作

       系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

6.4.10用戶權限管理

       系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

6.4.11通訊狀態(tài)圖

      系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

6.4.12視頻監(jiān)控

      視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

6.4.13用戶報告

       用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

6.4.14 APP支持

      電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

 

6.5系統(tǒng)硬件配置清單

       基于礦井光纖網(wǎng)絡構成的電能計量管理系統(tǒng)，能夠大大提高工作效率，免去了繁瑣的下井抄表工作，且計量準確可靠，顯著提高企業(yè)經(jīng)濟效益。實時采集的各項電參數(shù)信息，對數(shù)據(jù)進行集中存儲和統(tǒng)一分析，對于企業(yè)加強需求側管理、優(yōu)化用能改造也十分有益。

 

[1]任毅，鮑教明，任津.基于工業(yè)以太網(wǎng)構成的煤礦電參數(shù)計量及遠程抄表系統(tǒng)[J].科技    與展望.2015（19）

[2]史志紅，煤礦電能計量管理系統(tǒng)設計           

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 2022.05版

 

 

作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事于電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應用。