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淺談煤礦井下智能供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

更新時間:2023-10-11      瀏覽次數(shù):243

摘要:針對某礦業(yè)一號煤礦企業(yè)井下電力系統(tǒng)故障問題頻發(fā)的現(xiàn)狀,根據(jù)一號煤礦井下供電系統(tǒng)的實際情況,進(jìn)行了井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計。相較于改進(jìn)之前的供電系統(tǒng),新供電監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,縮短了供電系統(tǒng)的故障排查時間,提高了采煤設(shè)備利用率,降低了供電系統(tǒng)維護(hù)成本,增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:井下供電;監(jiān)控系統(tǒng);改造設(shè)計

1概況

某礦業(yè)一號煤礦始建于1991年,井下供電系統(tǒng)監(jiān)測采用的是人工值守、綜合保護(hù)器就地操作模式,監(jiān)測結(jié)果受人為因素影響較大。煤礦井下中央變電所與采煤區(qū)的變電所的布置集中性較差,移動變電站隨著工作面的掘進(jìn)需要實時移動,頻繁通斷電存在較大的電壓電流沖擊,加之運(yùn)行環(huán)境惡劣,經(jīng)常出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障。故障發(fā)生時故障排查工作困難,導(dǎo)致故障影響范圍擴(kuò)大。因此,黃陵礦業(yè)一號煤礦決定開展井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計工作。

2供電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

煤礦供電系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控主站、井下監(jiān)測分站和各個電力監(jiān)測單元組成,具體銜接關(guān)系如圖1

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地面監(jiān)測主站配置了供電系統(tǒng)專業(yè)版組態(tài)軟件系統(tǒng),具有井下供電系統(tǒng)的監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理等功能。井下監(jiān)測分站作為地面監(jiān)測中心主站與電力監(jiān)測單元的信息傳輸紐帶,既能控制井下高壓開關(guān)的綜合保護(hù)裝置,還能實現(xiàn)故障波、數(shù)據(jù)傳輸和存儲、供電系統(tǒng)監(jiān)控等。電力監(jiān)測單元主要負(fù)責(zé)井下變電所設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工作,接受監(jiān)控中心發(fā)出的實時控制指令,實現(xiàn)用電設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。

3供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.1硬件設(shè)計

3.1.1調(diào)度中心硬件配置

調(diào)度中心作為供電監(jiān)控系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)井下供電系統(tǒng)實時信息的匯集、顯示、分析與存儲,監(jiān)控人員也可以根據(jù)井下供電系統(tǒng)實際運(yùn)行情況發(fā)出控制指令,確保整個井下供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)度中心配置2臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器,型號為SCADA,兼顧供電系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器,實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的發(fā)布、備份和存儲;配置2臺操作監(jiān)控主站工控機(jī),使用液晶彩色顯示器,接入EtherNet/IP系統(tǒng)服務(wù)器,實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的共享與打印等功能;配置2臺服務(wù)器兼操作員站,供電回路中串聯(lián)UPS電源,規(guī)格為3kVA/2h,保證監(jiān)控系統(tǒng)斷電情況下數(shù)據(jù)的正常采集處理,避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)間斷性丟失問題。

3.1.2地面監(jiān)控主站系統(tǒng)硬件

監(jiān)控主站硬件組成如圖2所示,主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器和監(jiān)控工作站。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器安裝數(shù)據(jù)采集軟件,負(fù)責(zé)井下供電系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。終端通信參數(shù)的設(shè)置由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器完成,包括數(shù)據(jù)采集周期、頻率、閥值、信號范圍等。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用雙機(jī)備用模式,系統(tǒng)正常運(yùn)行時可以隨時停止其中的任何設(shè)備,不影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集。通訊服務(wù)器安裝基于JAVA技術(shù)開發(fā)Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng),能夠依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)組成發(fā)布對應(yīng)的網(wǎng)頁信息,將井下供電系統(tǒng)實時運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至信息管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲和顯示。

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監(jiān)控工作站的主要功能是顯示井下供電系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及故障診斷等,包括畫面、系統(tǒng)診斷畫面、在線幫助畫面、實時和歷史報表畫面、參數(shù)設(shè)置畫面、用戶登錄畫面等。監(jiān)控人員能夠根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)及變化趨勢判斷供電系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障,若出現(xiàn)故障能夠給出故障的可能位置,指導(dǎo)維修人員及時進(jìn)行故障排除。同時可以根據(jù)井下供電系統(tǒng)實時運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化趨勢,完成相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定,確保井下供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠。

3.1.3井下電力監(jiān)測分站硬件

井下電力監(jiān)測分站使用的是KJ275-F系統(tǒng),由頤坤公司基于分層分布式結(jié)構(gòu)開發(fā)而成,具有普通分層分布式系統(tǒng)的功能和變電站綜合控制系統(tǒng)功能。井下電力監(jiān)測分站涉及工業(yè)嵌入式通訊服務(wù)器、供電電源、光端設(shè)備等,主要功能是將井下中央變電所、綜合保護(hù)器、高低壓開關(guān)等的運(yùn)行狀態(tài)、變電所母線的電壓、電流、功率等實時參數(shù)值經(jīng)過采集過濾和數(shù)模轉(zhuǎn)換,傳輸給井下監(jiān)測分站,由監(jiān)測分站進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和真?zhèn)闻袛啵蠼柚蕴W(wǎng)傳輸至地面控制主站。

3.2軟件設(shè)計

3.2.1地面監(jiān)控中心軟件

地面監(jiān)控中心主站所使用的軟件主要包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件主要指操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等,2臺工控機(jī)均采用WindowsXPprofessional版操作系統(tǒng),安裝了WinCC、CentralArchiveServerServer等應(yīng)用軟件。系統(tǒng)使用的應(yīng)用軟件均是在VC6.0集成開發(fā)環(huán)境下完成,主要有應(yīng)用程序基礎(chǔ)平臺、數(shù)據(jù)庫、通訊管理、組態(tài)工具等模塊組成,采用SQL2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3.2.2數(shù)據(jù)庫管理程序

數(shù)據(jù)庫管理是井下供電監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部 分,是監(jiān)測數(shù)據(jù)能否可靠接收和存儲的關(guān)鍵,工作 流程如圖3所示。

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圖3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)程序

先啟動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),根據(jù)操作信息打開 相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表,之后系統(tǒng)自動彈出該數(shù)據(jù)庫表能 夠進(jìn)行的操作消息,確定是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的預(yù) 修改。當(dāng)需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行預(yù)修改時,即可將需要 修改的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),之后彈出是否退 出的操作消息,沒有其他需要修改的參數(shù)即可確定 退出數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3.2.3 組態(tài)工具模塊程序

組態(tài)工具模塊作為井下電力監(jiān)測系統(tǒng)的一部 分,主要功能是對電力系統(tǒng)監(jiān)測繪圖及矢量數(shù)據(jù)存 儲。繪圖功能采用組態(tài)王6.0軟件包編制完成,組 態(tài)工具模塊具體工作程序如圖4所示。

打開畫面

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退出

圖4組態(tài)工具模塊程序

首先啟動組態(tài)工具模塊程序,根據(jù)操作消息 進(jìn)行元件和布線等繪圖操作,之后確定是否需要 形成畫面,如果需要即可存儲為畫面矢量數(shù)據(jù), 之后彈出是否退出消息,如果無其他操作即可點 擊退出程序。

3.2.4通訊管理模塊程序

通訊管理模塊是井下電力監(jiān)測系統(tǒng)的組成部 分,是完成井下供電系統(tǒng)與地面控制中心信息傳輸 的重要紐帶,控制流程包括數(shù)據(jù)信息傳輸和控制指 令傳輸兩部分,具體如圖5所示。

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圖5通訊管理模塊控制流程

4井下電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

為了驗證設(shè)計完成的井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 效果,在黃陵礦業(yè)一號煤礦進(jìn)行試運(yùn)行,為期半年 跟蹤記錄。應(yīng)用結(jié)果表明,井下電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行 穩(wěn)定可靠,能夠滿足設(shè)計要求,實現(xiàn)了井下供電系 統(tǒng)的實時監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)存儲調(diào)用。圖6為調(diào)用的 部分中央高壓歷史數(shù)據(jù)曲線,可以觀察得出電壓的 變化趨勢,指導(dǎo)供電系統(tǒng)維修人員進(jìn)行故障診斷與 排查。

統(tǒng)計結(jié)果表明,相較于改進(jìn)之前的供電系統(tǒng), 新監(jiān)控系統(tǒng)的引入,故障排査時間縮短近15%, 井下采煤設(shè)備利用率提高近10%,降低了約10% 供電系統(tǒng)維護(hù)成本,預(yù)計為企業(yè)產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益 200 萬 /a。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

5.1概述

針對用戶變電站(一般為35kV及以下電壓等級),通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)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(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)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(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù),集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng),適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站,可實現(xiàn)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(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅實的保障。

5.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通,工業(yè),建筑,學(xué)校,商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和運(yùn)行維護(hù)。

5.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計,可分為三層:站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層,組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1 實時監(jiān)測:直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

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5.4.2 電參量查詢:在配電一次圖中,可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。

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5.4.3 曲線查詢:可以直接查看各電參量曲線。

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5.4.4 運(yùn)行報表:查詢各回路或設(shè)備時間的運(yùn)行參數(shù)。

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5.4.5 實時告警:具有實時告警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位,保護(hù)動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

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5.4.6 歷史事件查詢:對事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。

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5.4.7 電能統(tǒng)計報表:系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況。

5.4.8 用戶權(quán)限管理:設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

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5.4.9 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D:支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

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5.4.10 電能質(zhì)量監(jiān)測:可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。

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5.4.11 遙控功能:可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

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5.4.12 故障錄波:可在系統(tǒng)發(fā)生故障時,自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

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5.4.13 事故追憶:可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。

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5.4.14 Web訪問:展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息,設(shè)備通信狀態(tài),用電分析和事件記錄。

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5.4.15 APP訪問:設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

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5.5系統(tǒng)硬件配置

應(yīng)用場合

型號

圖 片

保護(hù)功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)

Acrel-

2000Z

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電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所,對變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控,對0.4kV出線配置多功能計量儀表,用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況,可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS,包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故及記錄等。

網(wǎng)關(guān)

ANet-

2E8S1

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8路RS485串口,光耦隔離,2路以太網(wǎng)接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入,ModbusTCP(主、從)、104(主、從)、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳,支持?jǐn)帱c續(xù)傳、XML、JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、支持標(biāo)準(zhǔn)8GB SD卡(32GB)、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);每個設(shè)備的多個設(shè)置。輸入電源:AC/DC 220V,導(dǎo)軌式安裝。

35kV/10kV/6kV

微機(jī)保護(hù)裝置

AM6-* AM5SE-*

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適用于6-35kv配電線路、主變、配電變壓器、電動機(jī)、電容器、PT監(jiān)測/PT并列、母聯(lián)/備自投等中高壓柜微機(jī)保護(hù)

35kV/10kV/6kV

弧光保護(hù)

ARB5-M

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主控單元,可接20路弧光信號或4個擴(kuò)展單元,配置弧光保護(hù)(8組)、失靈保護(hù)(4組)、TA斷線監(jiān)測(4組)、11個跳閘出口;

ARB5-E

擴(kuò)展單元,多可以插接6塊擴(kuò)展插件,每個擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號:

ARB5-S

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弧光探頭,可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室,也可于低壓柜?;」馓筋^的檢測范圍為180°,半徑0.5m的扇形區(qū)域;

35kV/10kV/6kV

進(jìn)線柜電能質(zhì)量

在線監(jiān)測

APView500

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相電壓電流+零序電壓零序電流,電壓電流不平衡度,有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波,諧波(電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子)、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波,波形實時顯示及故障波形查看,PQDIF格式文件存儲,內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口(+1維護(hù)網(wǎng)口)+1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù),支持61850協(xié)議。

35kV/100kV/6kV

高壓柜智能操控、

節(jié)點測溫

ASD500

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5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲能旋鈕預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出;

35kV/10kV/6kV

間隔電參量測量

APM830

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三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,實時及需量,本月和上月值,電流、電壓不平衡度,66種類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴(kuò)展記錄,2-63次諧波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD顯示;

35kV/10kV/6kV

高壓柜除凝露溫濕度控制器

WHD72面板式

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支持測量并顯示2路溫度,2路濕度。

WHD20R導(dǎo)軌式

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支持測量并顯示2路溫度,2路濕度。

變壓器繞組

溫度檢測

ARTM-8

image.png

8路溫度巡檢,預(yù)埋PT100,RS485接口,2路繼電器輸出;

0.4KV低壓進(jìn)出線柜接頭測溫

ARTM-Pn-E

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無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器;U、I、P、Q等全電參量測量;2路告警輸出;1路RS485通訊;

ATE400

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合金片固定,CT感應(yīng)取電,啟動電流大于5A,測溫范圍-50-125C,測量精度±1℃;無線傳輸距離空曠150米;

0.4KV低壓柜內(nèi)環(huán)境溫濕度

AHE100

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無線溫濕度傳感器,溫度精度:±1℃,濕度精度:±3%RH,發(fā)射頻率:5min,傳輸距離:200m,電池壽命:≥3年(可更換)

ATC600

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兩種工作模式:終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳,ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù),1路485,2路出口。

0.4KV低壓進(jìn)線柜多功能電力儀表

AEM96

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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,總正反向有功電能統(tǒng)計,正反向無功電能統(tǒng)計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量(電壓、電流、功率);電流規(guī)格3×1.5(6)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級;工作溫度:-10℃~+55℃;相對濕度:≤95不結(jié)露

0.4KV低壓出線柜多功能電力儀表

AEM72

image.png

三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量,總正反向有功電能統(tǒng)計,正反向無功電能統(tǒng)計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量(電壓、電流、功率);電流規(guī)格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級




































































6結(jié) 語

供電系統(tǒng)作為煤礦企業(yè)正常運(yùn)行的基礎(chǔ),對其工作的安全可靠性要求越來越高。針對黃陵礦業(yè)一號煤礦井下電力系統(tǒng)故障問題頻發(fā)的現(xiàn)狀,開展了井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計工作。試運(yùn)行結(jié)果表明系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定可靠,實現(xiàn)了井下供電系統(tǒng)的實時監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)存儲調(diào)用。相較于改進(jìn)之前的供電系統(tǒng),新監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用使供電系統(tǒng)故障排查時間縮短近15%,采煤設(shè)備利用率提高近10%,降低了約10%供電系統(tǒng)維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn):

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