摘要：随着煤礦建設的智能化程度越來越高，建構智能電力監控系統實作對礦山生産的有效監控至關重要。首先分析了礦山電力監控系統存在的主要問題，其次重點介紹了基于智能礦山電力監控系統的設計過程，後提出了加強智能電力監控系統的措施，以保障智能電力監控系統的正常使用。
關鍵詞：智能礦山；電力監控系統；應用方法；安科瑞 李亞俊；
0引言
礦山開采工作較為複雜，涉及礦山井下開采人員、裝置以及生産環節的管理等。随着智能化技術的迅速發展，現代化資訊技術與自動控制技術也不斷發展，對智能礦山的建設提出了更高的要求。傳統的礦山電力監控系統一般應用計算機網絡技術，不能實作井下裝置的控制，無法及時回報環境資訊和裝置情況等。
是以，在傳統電力監控系統的基礎上，通過大資料技術和雲計算等完成礦井監測的可視化、排程的綜合化以及控制的自動化，有利于提升煤礦的安全性，加強生産業務的管理水準。由此可見，對基于智能礦山電力監控系統應用方法進行研究具有重要意義。
1礦山電力監控系統存在的主要問題
目前，雖然對電力監控系統及相關裝置做了很多研究，但是缺少對資料的合理應用，而且資料庫需要存儲大量關于電力資料的監測值，這也是電力監控系統需要解決的重點問題。在實際應用過程中，電力監控系統主要存在以下問題。
1.1 從業人員不能根據監控資料發現安全隐患。
監控系統的主要功能是監測礦下的資訊參數，不能很好地處理異常資料，且缺少對資料的預測功能，通過人機互動界面不能保證從業人員提前了解資訊參數。
1.2 缺少對安全監控資訊的深入分析與利用
大資料分析已經成為廣泛應用的資料分析方法，能夠找出資料背後的價值資訊，進而為科學決策提供依據，在各個行業當中都有着廣泛的應用。煤礦開采也要加強對資料資訊的分析與應用，保證監控的多元融合。
1.3 預測模型的智能化程度低。
電力監控系統主要注重對安全資訊的監測與控制，并進行簡單回報，不能實作危險度的判斷以及事故預警等。此外，斷電控制、分級報警以及區域斷電等功能需要進一步完善，是以須提高電力監控系統的智能化水準。
2基于智慧礦山智能電力監控系統的設計
2.1系統設計
電力監控系統采用了3種技術，分别是自動化技術、計算機網絡技術以及資訊化技術，集保護、監測、控制、通信等多種功能于一體，具有開放式、網絡化、子產品化、組态化的特點。電力監控系統設計有用戶端/伺服器（Client/Server，C/S）結構，同時還具有能夠支援Web浏覽，即浏覽器/伺服器（Browser/Server，B/S）的結構。該系統采取變電所的一次主裝置實作“五遙”功能，即遙測、遙信、遙控、遙調以及遙視，同時實時采集高、低壓開關櫃的相關電氣監測資料，通過高、低壓櫃的運作資料判斷負載裝置的運作情況，對二次裝置和輔助裝置實作遠端控制和管理，并與煤礦安全監測系統進行資料互動，實作對電力系統的較全智能管理
2.2 系統的結構與組成
系統的設計采用了分布式、子產品化思想，主要分成5層，如圖1所示，分别是裝置層、間隔層、控制層、管理層以及決策層。控制層和間隔層通過以太網傳輸控制協定/網際協定（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）進行資料傳輸；間隔層和裝置層通過Modbus-RTU和ModBus協定進行通信。充分考慮資料傳輸方式的不同，對資料傳輸标準進行統一，根據現場不同的系統來實作各煤礦的電力監控功能。
裝置層主要包含一些電力系統采集裝置的終端，如電力保護裝置、功能儀表、電力監測裝置等。電力監控系統的間隔層裝置采用間隔分散式的安裝方法，各裝置之間互相獨立，僅通過通信網絡連接配接。井下間隔層裝置通常采用Modbus-RTU和ModBus協定進行通信Modus-RTU通過井下電力分站就近接入井下控制環網交換機，通過光纖接入地面生産指揮中心。控制層包括主站監控系統、通信伺服器，其中主站監控系統完成資料實時采集、資料處理、遠端控制等功能，通信伺服器完成網絡轉換、智能裝置接入和遠端主站通信。在資訊層建構自動化資料展示平台，通過面向對象技術，對于安全性能、監測資料等不同的資訊完成綜合處理，進而為科學決策和管理提供參考。管理層主要作為生産過程中的執行系統，主要包括內建平台管理、運作維護、裝置運作管理以及生産數量控制等多個功能。通過對生産過程的精細化管理，能夠有效解決管理層與過程控制層中存在的斷層問題，進而提升作業管理效率，提高資訊化水準。決策層根據資訊層彙報的監測資訊，并結合實際情況做出決策。決策的實施需要各個部門協同工作，并綜合子系統的各項資訊，實作資料的快速整合，後形成一個科學合理的決策方法。
系統能夠相容多種協定形式的監測監控裝置，與多個系統進行資料互動。系統以變電所為單元，變電所的功能是将資料通道接入主傳輸通道。系統還具有曆史趨勢曲線列印、報表查詢等功能，按使用者要求可以定制各種報表、圖形與曲線。應用資料共享，實作資訊網絡釋出自動報警和預測分析功能。此外，結合視訊監控系統、門禁系統，實作地面、井下變配電無人值守、有人巡視的目的。
2.3 子系統接入設計
2.3.1 子系統接入方式
根據子系統的設計特點，可以應用3種接入方式。
上位機接入。該方式是在伺服器的幫助下，通過以太網和對象連結與嵌入的過程控制（OLEforProcessControl，OPC）等接口協定完成和子系統主機之間的資訊交換。接入結構如圖2所示。
可程式設計邏輯控制器（ProgrammableLogicCantroller，PLC）接入。對于自動化控制系統而言，利用伺服器通過以太網和PLC接口相連，并且安裝在采集伺服器的OPCServer中，實作和生産綜合監控系統伺服器之間的資訊交換功能。接入結構如圖3所示。
嵌入式控制接入。對于嵌入式控制的子系統，利用内部的OPCServer，伺服器通過以太網和接口協定實作子系統之間的連接配接。接入結構如圖4所示。根據智能礦山子系統的設計特點，采用PLC接口方式，當子系統接入後，把采集好的資料資訊進行整合與分析形成圖表，進而為管理層的決策提供參考。
2.3.2 資料互動方式
資料互動方式主要包括3種，分别為OPC、開放資料庫互連（OpenDatabaseConnectivity，ODBC）、檔案傳輸協定（FileTransferProtocol，FTP）。其中，OPC通過微軟元件技術進行設計，利用C/S架構模式，能夠處理本地與網絡等節點的伺服器資訊，監控系統能夠對資料進行直接讀取，安全性較高。ODBC以資料庫為基礎進行互動，雖然實時性較差且效率比較低，但是可以根據資料結構，通過通路資料接口，把實時性較差的資料寫入對應的資料庫表中，使得電力監控系統能夠擷取資料庫接口，完成資訊的擷取。FTP是一種基于檔案的互動方式，它的實時性較差，工作效率低，主要是作為傳輸工具将設定好的檔案格式傳輸到采集伺服器中，便于電力監控系統完成資料解析。
3智能電力監控系統的發展方向
3.1 傳感控制器的發展
在電力監控系統工作的過程中，傳感控制器起到了非常重要的作用，保障好傳感控制器的穩定性和安全性非常重要。現階段，常用的傳感器基本能夠滿足電流、電壓等生産需要，但是仍然存在一些問題需要引起高度的關注。在傳感器的壽命、性能、可靠性等方面，和國外的相關産品對比，仍然需要進一步改進。為了滿足整體生産的性能要求，需要加強對傳感控制器的研究和改進。
3.2 引入監測煤礦新技術
現階段，電力監控系統基本能夠滿足運作的需求，但是在安全系數等方面，其性能依然具有一些缺陷，如一些産品存在跳閘、定位速度慢等問題。針對這一問題，需要加強對目标技術的研究與設計。此外，通過斷流的方式可以避免出現由于電壓波動而停電的問題。高壓選擇性漏電保護系統不會受到電弧電源等因素的影響，并且對過渡電阻有着較強的抵抗性和靈敏度。這些技術都在一定程度上提升了系統的安全性，增強了資料處理和采集的能力。
3.3 對電力監控系統中主站的改進
在礦山的電力監控中心，可以安裝6台監控伺服器和工業電力監控計算機，進而避免出現計算機病毒破壞等問題。此外，為了進一步提高監控系統的可靠性和安全性，可以應用Linux中文作業系統進行更新與安裝，主要包括千兆網絡交換伺服器、光纖網絡交換伺服器、電源系統以及資訊釋出系統等。
4安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案
4.1 概述
針對使用者變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關櫃綜合測控裝置、電氣接點無線測溫産品、電能品質線上監測裝置、配電室環境監控裝置、弧光保護裝置等裝置組成綜合自動化的綜合監控系統，實作了變電、配電、用電的安全運作和管理。監控範圍包括使用者變電站、開閉所、變電所及配電室等。
Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和資訊傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組态化的系統，适用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和使用者變電站，可實作對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經濟運作提供了堅實的保障。
4.2 應用場所
适用于軌道交通，工業，建築，學校，商業綜合體等35kV及以下使用者端供配電自動化系統工程設計、施工和運作維護。
4.3 系統架構
Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場裝置層，組網方式可為标準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據使用者用電規模、用電裝置分布和占地面積等多方面的資訊綜合考慮組網方式。
4.4 系統功能
4.4.1 實時監測：
直覺顯示配電網的運作狀态，實時監測各回路電參數資訊，動态監視各配電回路有關故障、告警等信号。
4.4.2 電參量查詢：
在配電一次圖中，可以直接檢視該回路詳細電參量。
4.4.3 曲線查詢：
可以直接檢視各電參量曲線。
4.4.4 運作報表：
查詢各回路或裝置指定時間的運作參數。
4.4.5 實時告警：
具有實時告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。
4.4.6 曆史事件查詢：
對事件記錄進行存儲和管理，友善使用者對系統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。
4.4.7 電能統計報表：
系統具備定時抄表彙總統計功能，使用者可以自由查詢自系統正常運作以來任意時間段内各配電節點的用電情況。
4.4.8 使用者權限管理：
設定了使用者權限管理功能，可以定義不同級别使用者的登入名、密碼及操作權限。
4.4.9 網絡拓撲圖：
支援實時監視并診斷各裝置的通訊狀态，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。
4.4.10 電能品質監測：
可以對整個配電系統範圍内的電能品質和電能可靠性狀況進行持續性的監測。
4.4.11 遙控功能：
可以對整個配電系統範圍内的裝置進行遠端遙控操作。
4.4.12 故障錄波：
可在系統發生故障時，自動準确地記錄故障前、後過程的各種電氣量的變化情況。
4.4.13 事故追憶：
可自動記錄事故時刻前後一段時間的所有實時穩态資訊。
4.4.14 Web通路：
展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況資訊，裝置通信狀态，用電分析和事件記錄。
4.4.15 APP通路：
裝置資料頁面顯示各裝置的電參量資料以及曲線。
5 結 論
通過對智慧礦山智能電力監控系統應用方法開展研究，智能電力監控系統的應用和改進能夠實作地下變電站的無人看守，不僅減輕了從業人員的工作壓力，提升了工作效率，而且提高了礦山供電網絡的自動化水準。随着智慧礦山的發展，要求煤礦電力監控系統要向着網絡化、內建化的方向發展，同時融合控制技術、資料庫技術、計算機技術等多種智能化技術。是以，要合理應用智能電力監控系統，給生産提供重要的安全保障，促進煤炭企業的可持續發展。
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