淺談電能計(jì)量管理系統(tǒng)在煤礦上的應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

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(luò)構(gòu)成的煤礦電參數(shù)計(jì)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)變電所各類(lèi)開(kāi)關(guān)、動(dòng)力設(shè)備的用電高精度計(jì)量；遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路電參數(shù)；遠(yuǎn)程抄表；遠(yuǎn)程監(jiān)控重點(diǎn)用電設(shè)備的運(yùn)行狀況等功能，提高了煤炭生產(chǎn)用電管理自動(dòng)化水平，推進(jìn)了煤礦智能化進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：管、控一體化；高精度計(jì)量；遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)程抄表

       目前國(guó)內(nèi)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(lái)說(shuō)大致可以分為兩類(lèi)：有線(xiàn)傳輸方式、無(wú)線(xiàn)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(xiàn)路局限問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)較容易實(shí)現(xiàn)，常見(jiàn)有兩種組網(wǎng)方式：有線(xiàn)傳輸和無(wú)線(xiàn)傳輸兩種方式。有線(xiàn)傳輸由于受到線(xiàn)纜的限制在許多場(chǎng)合受到制約，無(wú)線(xiàn)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(hào)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(shí)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(gòu)成的電度計(jì)量方式。

2 傳統(tǒng)計(jì)量方式存在的問(wèn)題

     目前我國(guó)煤礦生產(chǎn)用電的計(jì)量管理手段還不夠健全，很多煤礦電能計(jì)量還是采用傳統(tǒng)的機(jī)械式或電子式電能表計(jì)量，每天有專(zhuān)門(mén)人員按照統(tǒng)一格式定時(shí)抄寫(xiě)各個(gè)線(xiàn)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(jì)和分析管理更是滯后和繁瑣。

     許多煤礦目前這種粗略的計(jì)量造成很多問(wèn)題。

     1)不能準(zhǔn)確計(jì)量各用戶(hù)用電情況，有效控制成本，造成浪費(fèi)。

     2)人工抄表需要的人員多，工作效率低。

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

     4)系統(tǒng)組成較為落后，設(shè)備過(guò)于分散且安裝不方便。

     5)設(shè)備落后，不能滿(mǎn)足目前煤礦數(shù)字化、信息化建設(shè)發(fā)展需求。

      目前各個(gè)煤礦內(nèi)部已經(jīng)具有覆蓋全礦井的工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)。因此，借助于現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò)，采用先進(jìn)的智能電量測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，對(duì)全礦用電設(shè)備用電量進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)變電所各類(lèi)開(kāi)關(guān)、動(dòng)力設(shè)備的用電高精度計(jì)量；遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路電參數(shù)；遠(yuǎn)程抄表；遠(yuǎn)程監(jiān)控重點(diǎn)用電設(shè)備的運(yùn)行狀況；自動(dòng)生成各種報(bào)表，所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享，使管理者可以詳細(xì)直觀的掌握整個(gè)供電工區(qū)的設(shè)備用電狀況、電力負(fù)荷分布等，為用電管理提供決策參考。電量數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)布，提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)管、控一體化，推進(jìn)煤礦智能化。圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。

圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

4.1前端采集子系統(tǒng)

      多路電參數(shù)計(jì)量箱顯示箱作為各配電點(diǎn)的數(shù)據(jù)集中采集設(shè)備，內(nèi)部主要由嵌入式工控機(jī)、工業(yè)級(jí)開(kāi)關(guān)電源、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等組成。前門(mén)配有鍵盤(pán)式鼠標(biāo)，windows CE7.0操作系統(tǒng)作為運(yùn)行平臺(tái)，操作簡(jiǎn)便。多路電參數(shù)計(jì)量箱顯示箱擔(dān)負(fù)著電量數(shù)據(jù)采集，就地集中顯示的重要任務(wù)，數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)接口輸出，向地面服務(wù)器發(fā)送實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。

4.2通信系統(tǒng)

      對(duì)于通信子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(luò)，對(duì)于光纖通信來(lái)說(shuō)，具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)以及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，無(wú)需重復(fù)敷設(shè)通訊線(xiàn)纜。

4.3中心處理子系統(tǒng)（數(shù)據(jù)服務(wù)器）

      中心處理子系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應(yīng)的軟件構(gòu)成，是整個(gè)電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的上層，所有支路的用電信息通過(guò)信道匯集到這里，管理人員利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，作出相應(yīng)的用電管理決策。

4.4配套設(shè)施

      數(shù)據(jù)采集模塊：KBDX-3模塊是專(zhuān)門(mén)針對(duì)煤礦供電設(shè)備特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的一款智能型三相電參數(shù)綜合采集模塊——可準(zhǔn)確測(cè)量并輸出多達(dá)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(cè)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(hào)采集設(shè)備。

      本計(jì)量系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)：

     1）采用先進(jìn)的智能電量測(cè)量技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊技術(shù)、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，對(duì)礦井用電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)井下變電所各類(lèi)開(kāi)關(guān)、大型設(shè)備的用電高精度自動(dòng)計(jì)量；遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下各路電參數(shù)；遠(yuǎn)程抄表；遠(yuǎn)程監(jiān)控重點(diǎn)用電設(shè)備的運(yùn)行狀況；自動(dòng)生成各種報(bào)表，所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享，使管理者可以詳細(xì)直觀的掌握整個(gè)供電工區(qū)的設(shè)備用電狀況、電力負(fù)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(luò)，明顯提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動(dòng)化水平。

      2)采用工業(yè)組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控，可以通過(guò)圖、表、曲線(xiàn)等方式進(jìn)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(bào)表輸出，利用EXCEL的強(qiáng)大數(shù)據(jù)報(bào)表處理功能，可快速處理每月的電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)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(jì)量箱一臺(tái)可替代多臺(tái)（3-32臺(tái)）老式隔爆型電度表箱，成倍的減小了設(shè)備在硐室的占地空間，而且和饋電開(kāi)關(guān)之間不需要連接主回路電纜，大大節(jié)省設(shè)備聯(lián)接電纜投資的同時(shí)減少了電氣設(shè)備的失爆點(diǎn)和故障點(diǎn)。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(jí)）。

    5） 井下計(jì)量箱采用10.4英寸真彩寬屏工控機(jī)為設(shè)備提供信息查詢(xún)和參數(shù)設(shè)置，配有獨(dú)特的鼠標(biāo)鍵盤(pán)，windows CE操作系統(tǒng)作為運(yùn)行平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)。

    6）可實(shí)時(shí)測(cè)量各支路的累計(jì)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(hù)端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對(duì)用戶(hù)可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶(hù)用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

     安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對(duì)用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

6.2應(yīng)用場(chǎng)所

     （1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

     （2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

     （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)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(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1

      實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線(xiàn)路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

6.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

      系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。

6.4.3詳細(xì)電參量查詢(xún)

       在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線(xiàn)。

6.4.4運(yùn)行報(bào)表

        系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數(shù)、指定時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過(guò)報(bào)表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶(hù)要求導(dǎo)出PDF格式文件。

6.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視

        系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負(fù)荷出線(xiàn)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線(xiàn)顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警

       系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

6.4.7歷史事件查詢(xún)

       系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

6.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

       系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線(xiàn)、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(shí)采取相應(yīng)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(cè)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(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

6.4.10用戶(hù)權(quán)限管理

       系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、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(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線(xiàn)診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6.4.12視頻監(jiān)控

      視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

6.4.13用戶(hù)報(bào)告

       用戶(hù)報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

6.4.14 APP支持

      電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“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(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢(xún)，設(shè)備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

6.5系統(tǒng)硬件配置清單

       基于礦井光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的電能計(jì)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(jì)量準(zhǔn)確可靠，顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)時(shí)采集的各項(xiàng)電參數(shù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一分析，對(duì)于企業(yè)加強(qiáng)需求側(cè)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(gòu)成的煤礦電參數(shù)計(jì)量及遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)[J].科技    與展望.2015（19）

[2]史志紅，煤礦電能計(jì)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)           

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 2022.05版