煤矿电能质量监测系统设计应用

杜会峰

摘要：

通过对现有电能质量监测手段以及影响煤矿电能质量因素的分析，提出了基于云计算的电能质量监测平台，能够将数据采集、分析、通信、显示等功能融为一体，实现对煤矿供电系统电能质量的全方位监测。

关键词：煤矿；电能质量；监测系统；应用

引言：

自2002年以来，我国对煤矿安全生产的要求不断加强，煤炭行业也开始大规模的技术升级。随着智能电网技术和物联网等信息技术的进一步发展，煤矿智能供电系统也越来越普及。在煤矿用电需求增加的同时，对电能质量的要求也越来越高。我国对电能质量的研究起步较晚，在这一领域的研究也相对落后。监测装置相对于国外产品来说存在监测不全面，准确性不高的缺点。目前使用的电能质量监测设备比较简化，仅能监测一项或有限的几项指标，这也导致工作人员无法及时、全面地发现问题，进而未能快速准确地处理该问题，从而导致相应的故障和电源事故。因此迫切需要开发一个监测电能质量并对其进行系统分析，来实现对煤矿供电系统电能质量的全面监测。

一、煤矿电能质量监测系统的实际作用

对于大多数煤矿来说，在缺乏标准和规范的电源管理以及电能质量监控的情况下，提出了分布式实时电能质量监控和分析系统，利用计算机软硬件资源和硬件仪器有机结合的思想，从而实现了强大的信息技术处理能力和计算能力。使用测量仪器的硬件结合控制系统软件以实现电能质量监测系统的能力，可以单独实施，也可以是现有的自动控制系统。在煤矿井下实施时，每种能够有效监控供电系统区域或设备的实时性用电和电能质量状况，并进行能源数据分析。这是目前用于地下电源系统的精确电源管理，能够克服目前电能质量参数监测系统的局限性，提高电源质量，实现精确的用电管理，减少吨煤电力消耗，提高系统安全。

二、影响煤矿电能质量的因素

电压偏差大。机械化采煤工作面集中了大量的用电设备，采煤面积增加，供电距离增长，使线损增加，导致供电电压偏差问题严重，谐波与间谐波更增加了影响。由于逆变器技术的应用，矿山中的电力大谐波和间谐波的量不断增大，谐波电流随负载的波动而波动；电压波移动并闪烁。煤矿提升机、刮板机、转载机等大功率用电设备，其启动和停止的线性负载波动给电网电压波动造成严重的影响并导致闪烁，三相不平衡。 煤矿井下电抗也较大，功率因数低。

三、煤矿电能质量监测系统设计

在煤矿供电网络的基础上，针对电能质量的检测进行设计，地下智能变电站保护测控设备通过供电线路采集数据，进行初步的电能质量计算分析和存储。 最后，将分析数据通过地下通信系统上传到地面质量控制中心电能质量监测主机，用于整个煤矿电能质量的监测和数据共享，实现了地下电能质量的在线监测。解决当前地下供电系统电源管理的准确性，克服当前电能质量参数监控系统的局限性，采取措施提高供电质量，最终实现精确的电源管理，降低功耗，具有十分重要的意义。

1.系统采集传输终端

在监控点或检测设备上安装特定的终端采集设备，只需要访问电压和电流信号（最大扩展四个通道），终端采集设备就可以通过以太网或无线信号传输信号。

1. 终端收集。根据应用现场的实际情况，将监控端子安装在地下电源系统的高可靠性开关等馈线开关内部，并由馈线开关承载负载的电压和电流信号。连接到监控终端，最后通过RS485，以太网或无线传输进行。

2. 数据交互。数据交互是整个系统的中间枢纽，具有传输的功能。 它主要包括四个部分，即：通信协议，数据存储以及数据收集和交互对象。

通信协议：服务层与监控设备层之间的数据通信协议采用DL / T860（IEC61850）系列标准；

数据存储及数据收集：实时数据使用非缓冲报告；瞬态波形数据使用文件传输服务。

交互对象：数据采集后，终端在某个时间仅显示一个实时的数据量，例如：电压，电流，有功功率，无功功率等，这些数据需要上传到煤矿电能质量监测平台并重新做一个系统显示，能够显示出整个电路的压力和线路整体情况。

2.系统分析存储

在电能质量监测系统中最关键的环节是数据分析处理和存储的能力，通过云计算的方式来将系统中数据进行分析处理。

1. 云分析。 采用混合云双通道ESC收集和解析服务器群集，基于BGP最佳路由算法构建多线网络，并构建安全稳定的数据通信环境。

2. 云存储。采用阿里云存储“铁三角” +数据库集群解决方案：分布式开放存储服务OSS，关系数据库服务RDS，结构化数据服务OTS和原始数据存储在加密的加密数据库集群服务器中。

3. 云计算。阿里云ESC +分布式负载均衡WEB服务器集群组与混合云相结合，满足大数据计算，Suju模型应用，负载平衡，业务逻辑用于编辑执行和API的接口应用程序。

3.系统用户显示

在煤矿电能质量监测系统的显示层中，能够根据数据处理分析后通过图形或表格等形式将数据分析的结果显示出来。同时不仅在web端显示，还可以在APP移动终端中显示，实现实时的监测。

结语：

在煤矿电能质量监测系统的设计中，能够将数据采集、分析、通信、显示等功能融为一体，实现对煤矿电能质量实时的监测和分析，达到矿井供电系统的安全稳定。

参考文献：

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