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浅谈电能计量管理系统在煤矿上的应用
更新日期：2023-04-25 浏览量：160吴柯霓
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：随着煤矿供电系统管、控一体化的发展需要，本文提出了一种基于矿井光纤网络构成的煤矿电参数计量系统，该系统具有实现变电所各类开关、动力设备的用电高精度计量；远程实时监测各路电参数；远程抄表；远程监控重点用电设备的运行状况等功能，提高了煤炭生产用电管理自动化水平，推进了煤矿智能化进程。
关键词：管、控一体化；高精度计量；远程实时监测；远程抄表
1 煤矿电能计量系统现状
目前国内有许多企业致力于煤矿电能监控系统的研究和发展，目前来说大致可以分为两类：有线传输方式、无线传输方式。
1.1 井上变电所系统
井上变电所电能抄表系统由于不涉及安全防爆和线路局限问题，现对较容易实现，常见有两种组网方式：有线传输和无线传输两种方式。有线传输由于受到线缆的限制在许多场合受到制约，无线传输是多数系统的推荐方式。
1.2 井下变电所系统
井下变电所系统普遍存在距离分散，防爆要求高，通讯信号受局限，施工作业困难等现状，致使电能监控系统的实现方式较少，产品单一，目前主要有矿用隔爆型电度表箱构成的电度计量方式。
2 传统计量方式存在的问题
目前我国煤矿生产用电的计量管理手段还不够健全，很多煤矿电能计量还是采用传统的机械式或电子式电能表计量，每天有专门人员按照统一格式定时抄写各个线路和主要变电所电能数据，特别是在井下，电能的统计和分析管理更是滞后和繁琐。
许多煤矿目前这种粗略的计量造成很多问题。
1)不能准确计量各用户用电情况，有效控制成本，造成浪费。
2)人工抄表需要的人员多，工作效率低。
3)数据处理、报表打印工作量大，效率低、容易出错。
4)系统组成较为落后，设备过于分散且安装不方便。
5)设备落后，不能满足目前煤矿数字化、信息化建设发展需求。
3 基于矿井光纤网络构成的煤矿电参数计量系统
目前各个煤矿内部已经具有覆盖全矿井的工业光纤网络。因此，借助于现有的通讯网络，采用先进的智能电量测量技术、数据库技术、光纤网络通讯技术，对全矿用电设备用电量进行远程集中监测，实现变电所各类开关、动力设备的用电高精度计量；远程实时监测各路电参数；远程抄表；远程监控重点用电设备的运行状况；自动生成各种报表，所有数据网络共享，使管理者可以详细直观的掌握整个供电工区的设备用电状况、电力负荷分布等，为用电管理提供决策参考。电量数据通过内部网络实时发布，提高煤炭生产用电管理自动化水平，实现管、控一体化，推进煤矿智能化。图1为系统网络图。
图1为系统网络图
4 电力计量自动抄表各部分介绍
4.1 前端采集子系统
多路电参数计量箱显示箱作为各配电点的数据集中采集设备，内部主要由嵌入式工控机、工业级开关电源、工业以太网交换机等组成。前门配有键盘式鼠标，windows CE7.0操作系统作为运行平台，操作简便。多路电参数计量箱显示箱担负着电量数据采集，就地集中显示的重要任务，数据信号通过以太网接口输出，向地面服务器发送实时采集数据。
4.2 通信系统
对于通信子系统来说，它就是把数据传送到控制中心的信道。本系统充分利用煤矿现有的工业光纤网络，对于光纤通信来说，具有频带宽、传输速率高、传输距离远以及抗干扰性强等特点，无需重复敷设通讯线缆。
4.3 中心处理子系统（数据服务器）
中心处理子系统主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个电能计量自动抄表系统的上层，所有支路的用电信息通过信道汇集到这里，管理人员利用软件对数据进行汇总和分析，作出相应的用电管理决策。
4.4 配套设施
数据采集模块：KBDX-3模块是专门针对煤矿供电设备特点开发的一款智能型三相电参数综合采集模块——可准确测量并输出多达数十种诸如三相电压、三相电流、用电量等电力参数，是目前电测行业功能齐全的智能采集模块。本系统采用KBDX-2模块作为底层的数据信号采集设备。
5 电力计量自动抄表各部分介绍
本计量系统的显著特点：
1）采用先进的智能电量测量技术、现场总线通讯技术、光纤网络通讯技术、数据库技术，对矿井用电设备进行远程集中监控，实现井下变电所各类开关、大型设备的用电高精度自动计量；远程实时监测井下各路电参数；远程抄表；远程监控重点用电设备的运行状况；自动生成各种报表，所有数据网络共享，使管理者可以详细直观的掌握整个供电工区的设备用电状况、电力负荷分布等，为用电管理提供决策参考。利用地面现有的办公网络，明显提高煤炭生产用电管理自动化水平。
2)采用工业组态软件开发监控软件，实现设备的远程监测监控，可以通过图、表、曲线等方式进行数据显示及分析处理。软件支持EXCEL（电子表格）数据报表输出，利用EXCEL的强大数据报表处理功能，可快速处理每月的电量数据统计及报表输出，免去繁琐的下井抄表、数据手工输入工作，显著提高办公效率。（并免除了人为抄表中存在的不确定因素）。
3)井下计量箱一台可替代多台（3-32台）老式隔爆型电度表箱，成倍的减小了设备在硐室的占地空间，而且和馈电开关之间不需要连接主回路电缆，大大节省设备联接电缆投资的同时减少了电气设备的失爆点和故障点。是老式隔爆型电度表箱的更新换代产品。
4)采用自主研发的智能型电参数数据采集模块替代传统的电度表，大大提高了采集精度（为0.2级）。
5） 井下计量箱采用10.4英寸真彩宽屏工控机为设备提供信息查询和参数设置，配有鼠标键盘，windows CE操作系统作为运行平台，实现人机对话。
6）可实时测量各支路的累计电量、三相电流、电压的真有效值、功率、功率因数和峰值电流。
6 安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案
6.1 概述
用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，全面推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：先进的表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。
安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。
6.2 应用场所
（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；
（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；
（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；
（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）；
（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据中心等）；
（6）交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）。
6.3 系统结构
6.4 系统功能
6.4.1
实时监测系统人机界面友好，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态，以及有关故障、告警等信号。
6.4.2 电能统计报表
系统以丰富的报表支撑计量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。
6.4.3 详细电参量查询
在配电一次图中，当鼠标移动到每个回路附近时，鼠标指针变为手形，鼠标单击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线及24小时电压趋势曲线。
6.4.4 运行报表
系统具有实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库，在查询界面中能够自定义需要查询的参数、对应时间或选择查询更新的记录数据等，并通过报表方式显示出来。用户可以根据需要定制运行日报、月报，支持导出Excel格式文件，还可以根据用户要求导出PDF格式文件。
6.4.5 变压器运行监视
系统对配电系统总进线、主变压器、重要负荷出线的运行状态进行在线实时监视，用曲线显示电流、变压器运行温度、有功需量、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器负荷率及损耗，方便运行维护人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。
6.4.6 实时报警
系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口，并发出声音或语音提醒。
6.4.7 历史事件查询
系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
6.4.8 电能质量监测
系统可以对整个配电系统范围内的电能质量进行持续性的监测，运行维护人员可以通过谐波分析棒图、报表掌握进线、变压器、重要回路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡度等，及时采取相应的措施，降低谐波损耗，减少因谐波造成的异常和事故(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表，不需要可删除。
6.4.9 遥控操作
系统支持对断路器、隔离开关、接地刀等进行分、合遥控操作。系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次遥控操作，系统自动生成操作记录，记录内容包含操作人、操作时间、操作类型等。实现该功能需要断路器本身具有电操机构及保护保测控装置具备遥控功能等硬件设备的支持。
6.4.10 用户权限管理
系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经的操作（如配电回路名称修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
6.4.11 通讯状态图
系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。从而方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，及时维护出现异常的设备，保证系统的稳定运行。
6.4.12 视频监控
视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。
6.4.13 用户报告
用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析。
6.4.14 APP支持
电力运维手机支持“监控系统"、“设备档案"、“待办事项"、“巡检记录"和“缺陷记录"五大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询等。
6.5 系统硬件配置清单
7 结语
基于矿井光纤网络构成的电能计量管理系统，能够大大提高工作效率，免去了繁琐的下井抄表工作，且计量准确可靠，显著提高企业经济效益。实时采集的各项电参数信息，对数据进行集中存储和统一分析，对于企业加强需求侧管理、优化用能改造也十分有益。
【参考文献】
[1]任毅，鲍教明，任津.基于工业以太网构成的煤矿电参数计量及远程抄表系统[J].科技 与展望.2015（19）
[2]史志红，煤矿电能计量管理系统设计
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册 2022.05版
作者简介：吴柯霓，女，现任安科瑞电气股份有限公司，主要从事于电能管理系统的研发与应用。