摘要：結合煤礦井下供電系統(tǒng)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(tǒng)，可實現(xiàn)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(tǒng)；數據采集；監(jiān)控系統(tǒng)

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(tǒng)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(tǒng)的故障造成的財產損失。通過地面計算機的控制，可以實現(xiàn)對開關的分、合閘操作，提高供電系統(tǒng)管理的水平。供電監(jiān)控系統(tǒng)和供電系統(tǒng)相對獨立，當監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，不會對高壓供電系統(tǒng)產生影響，但可以實現(xiàn)對高壓供電系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制。

1高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)結構設計

1.1結構設計

煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖如圖1所示，整個系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)硬件設計

2.1主控芯片選型

系統(tǒng)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(tǒng),系統(tǒng)主要利用MSP430F5438，可以實現(xiàn)采煤機電氣控制器的主要功能，并可降低系統(tǒng)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(lián)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(xiàn)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(tǒng)中，利用MAX3232ESE實現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)，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(tǒng)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(tǒng)，實現(xiàn)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(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統(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(tǒng)，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(xiàn)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(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

3.3系統(tǒng)架構

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)。設計隔離性RS-485通信電路，實現(xiàn)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(tǒng)軟件進行設計，實現(xiàn)對煤礦井下高壓供電系統(tǒng)的實時監(jiān)測和歷史數據查詢等功能。

參考文獻

[1]萬長慈，袁鐘慧，陳筱梅，等.煤礦機電安全技術[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1990:18￣26.

[2]劉洪.煤礦安全測試技術〔上冊〕[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1993:19￣25.

[3]李建偉.煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)設計

[4]企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.