摘要：結合煤礦井下供電系統的特點，以6kV供電回路作為監(jiān)控對象，設計了煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)測系統，可實現對高壓配電開關的電壓、電流、溫度的實時監(jiān)控。

關鍵詞：供電系統；數據采集；監(jiān)控系統

引言

電力是煤礦井下重要的動力來源，由于井下工作環(huán)境惡劣，端線、擠壓短路、過負荷、漏電等故障時有發(fā)生，在這些故障發(fā)生之前，在高壓配電開關處往往會伴隨著一系列的征兆，包括電壓電流的急劇變化、溫度的上升等。

本文設計的高壓供電監(jiān)控系統可以將這些特征量實時上傳至井上監(jiān)控中心，減少故障發(fā)生的概率，當故障發(fā)生時可快速定位，提高排除故障的工作效率，進而減少因電力系統的故障造成的財產損失。通過地面計算機的控制，可以實現對開關的分、合閘操作，提高供電系統管理的水平。供電監(jiān)控系統和供電系統相對獨立，當監(jiān)控系統出現故障時，不會對高壓供電系統產生影響，但可以實現對高壓供電系統的實時監(jiān)測和控制。

1高壓供電監(jiān)控系統結構設計

1.1結構設計

煤礦井下供電監(jiān)控系統的結構圖如圖1所示，整個系統結構為DCS型(集散型)分布式計算機監(jiān)控，分為地面監(jiān)控站和井下監(jiān)控站，兩者之間采用RS-485通信方式，各個井下變電站負責對本變電站監(jiān)控信息的采集，采集的數據存放在井下變電站的控制器緩存區(qū)中，當地面變電站向井下變電站發(fā)出訪問指令時，各個井下變

圖1煤礦井下供電監(jiān)控系統結構

電站發(fā)送自己緩沖區(qū)的所有數據，地面變電站可以將井下監(jiān)測數據實時顯示在軟件監(jiān)控界面，并可以根據情況向井下變電站發(fā)出分、合閘操作指令。

1.2通信方式選擇

煤礦井下的常用的通信方式有:RS-485、CAN總線、RS-232、光纖通信、Zigbee組網等方式，為了簡化供電監(jiān)控系統的結構在地面計算機和井下變電站之間的通信方式，選擇為帶光電隔離的RS-485，其接線方式為2線制，可傳輸距離為1500m，可以滿足井上PC到井下變電站的距離要求，通過光電隔離技術增強信號的抗干擾性。數據采集器到變電站的距離較近，可以采用RS-232通信方式，其接線方式為3線制，可傳輸距離為15m。

2系統硬件設計

2.1主控芯片選型

系統選用MSP430F5438單片機，它是TI公司推出的一款具有256KiB存儲容量的嵌入式微控制器。它的特點是具有極低的功耗，只需2.2~3.6V的直流供電。在低功耗基礎上集成更加豐富的外設，即有3個16位定時器、1個高速12位模/數轉換器、UART、SPI和12C串行通信、WDT看門狗定時器、Pl￣P10端口等，該芯片可以應用于模擬和數字傳感器系統,系統主要利用MSP430F5438，可以實現采煤機電氣控制器的主要功能，并可降低系統功耗。

2.2隔離型RS-485電路設計

在井下變電站和井上監(jiān)控平臺之間的通信方式選擇為RS-485，芯片選行為ADM2587E，該芯片是ADI推出的單電源供電的隔離型芯片，SOW￣20封裝，傳輸速率為500Kibit/s，隔離電壓2.5kV，被廣泛應用在工控、電力等需要隔離RS-485的場合。

隔離型RS-485電路原理圖如圖2所示，為了降低線路中的共模電壓、雷擊、浪涌電壓等對通信的干擾，在總線處采

圖2隔離型RS-485電路

取的保護措施如下:在VA、VB管腳上串接RT電阻。該電阻的阻值范圍是4~10Ω，VA、VB管腳對地接TVS管，也可以采取電阻和穩(wěn)壓二極管串聯的方式進行連接。

2.3RS-232通信電路設計

在井下變電站和數據采集器之間的通信方式選擇為RS-232，該種方式可以選擇的傳輸速率范圍是從50bit/s到38400bit/s，可以實現雙工異步通信，在接線中保留TXD、RXD、GND3條線。

在井下變電所的高壓供電監(jiān)控系統中，利用MAX3232ESE實現TTL和RS-232之間的電平轉換，設計電路如圖3所示，其中RX1、TX1接單片機的串口，RX232￣1、TX232￣1分別數據采集器的RS-232專用串口，進行數據傳輸。同時，為了增加系統的擴展性，預留一路串口，方便以后硬件結構的升級。

圖3RS-232通信電路原理

2.4測溫電路設計

高壓配電開關的溫度測量傳感器選型為DS18b20芯片，實時采集開關低壓腔體內部的溫度，并將溫度信息實時上傳給井上監(jiān)控中心。

DS18B20的溫度讀取主要通過對其DQ引腳讀、寫高低電平的時序來實現，為了增加DS18B20的驅動能力，在DS18B20的DQ引腳上增加一個上拉電阻，保證在所有的讀、寫過程中被可靠置高或者置低，電路原理如圖4所示。溫度讀取過程中，主要由初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備，而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收。

圖4測溫電

3安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統解決方案

3.1概述

針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產品、電能質量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)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(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站quan方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經濟運行提供了堅實的保障。

3.2應用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。

3.3系統架構

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環(huán)網網絡結構，根據用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

3.4系統功能

實時監(jiān)測；電參量查詢；曲線查詢；運行報表；實時告警；歷史事件查詢；電能統計報表

用戶權限管理；網絡拓撲圖；電能質量監(jiān)測；遙控功能；故障錄波；事故追憶；Web訪問；APP訪問

3.5系統硬件配置

4結論

本文以煤礦井下的6kV供電回路作為研究對象，設計煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統。設計隔離性RS-485通信電路，實現井上PC到井下變電所的雙向通信，在數據采集器中，選擇主控芯片為超低功耗的MSP430單片機，進行電壓、電流、溫度數據的采集，在軟件設計中，詳細介紹了DS19B20測溫芯片的測溫流程、并利用VB軟件，對井上監(jiān)控平臺的監(jiān)控系統軟件進行設計，實現對煤礦井下高壓供電系統的實時監(jiān)測和歷史數據查詢等功能。

參考文獻

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