随着能源数字化改革快速发展及煤矿智能化建设要求，传统煤炭高低压配电系统无论从系统可靠性还是从运维管理角度都面临巨大挑战，如何进一步提高运营效率、降低成本，实现更高效、可靠、安全的生产目标，是当前需要考虑的首要任务。长期以来，煤矿高低压供电系统运行管理可靠性一直是煤矿生产管理和安全管理的薄弱环节。传统高低压配电系统分立而治、分级管理是阻碍业务提升的重要原因，在不支持在线监控、远程智能运维情况下，属于事后响应型，只能在发生事故后进行紧急处理，造成较大的经济损失和生产安全风险。
笔者团队设计了一种基于一二次融合技术、云计算、大数据、物联网、无线加密等高新技术的智能煤矿云配电管理系统，采用智能中压柜、智能低压配电柜、配电房环境综合监测模块、边缘计算智能网关，整合为一套完整的智能配电系统。该系统能够实现遥控、遥测、遥信、遥调功能，提高煤矿供配电系统管理的可视化程度及智能化程度；实现配电运行状态的实时监测，提高配电系统安全性；实现远程在线运维，提高配电系统高效性；实现能耗在线监测，方便用户进行综合能耗分析。
煤矿智能供电系统建设要求及目标
建设要求
煤矿供配电系统属于重要生产系统，供电的可靠性和安全性直接影响生产效益。配电系统的保护、控制、监测、运维系统直接关乎电源负荷的连续稳定运行，“精细化、高效化、专业化”是管理的关键。因此，按照智能化煤矿建设指导思路，针对高低压供电系统进行全面监测与分析，以实现煤矿供电系统的智能监控管理及故障预判、故障预处理、故障隔离。
煤矿供电系统总体建设目标
笔者团队以智能化煤矿建设及验收规范为依据，以客户实际使用中的诸多痛点作切入点，设计了一套可完全满足客户实际需求、可提升用电安全性、稳定性的基于物联网、云计算、大数据、无线加密通信技术的智能煤矿供配电系统方案。该方案拟采用智能断路器通过物联网的通信方式，将所有用电数据及环境量传输至智能配电云配电管理平台，以实现控制和管理低压配电系统的功能。
煤矿智能供电建设内容目标包括：①解决矿井供电系统中的越级跳闸问题，实现低压配电精细化管理；②实现对所有变电所进行实时监控与电力调度；③实现供电设备监控数据的采集、上传、分析工作；④实现主变电所具有电气火灾自动监测与报警功能；⑤实现供电系统安全和系统故障诊断预警功能；⑥实现设备全生命周期自检；⑦实现配电系统故障录波功能；⑧实现一二次融合模块化组装。
煤矿智能配电调控一体化方案设计
整体方案设计
为实现以上煤矿智能供电的各项要求，云配电管理系统方案主要采用智能中压配电柜、智能低压配电柜，通过物联网的通信方式将智能断路器与智能传感器联系起来，再配置环境监测模块及边缘计算模块，最后形成一套完整的智能配电系统。
（1） 10 kV 智能中压柜设计
针对智能配电房的实际功能要求，采用智能微机保护装置，用于实现对中压柜设备运行状态的实时监测、保护及其高压开关顺序控制功能。
智能微机保护装置的通信方式选择RS—485 总线通信或WiFi 通信方式，可实现装置同网络上其他设备进行实时数据交换，以及遥测、遥信、遥控功能，可同其他设备一起构成配电综合自动化系统，也可将数据直接上传至云配电管理平台或转发至本地服务器。
（2） 智能低压配电柜
低压智能开关柜的设计，以物联网智能断路器为核心，采用物联网的通信方式实现对低压配电系统的远程监控。并可实现实时监测配电柜的运行状态、用电状况、设备故障预警，以及远程对设备进行操控。将各种电气参数、环境参数、设备监控、视频监控等信息，整合到云配电管理平台，实现如下功能：
1） 自动故障研判。边缘计算网关将近端采集到的全部数据进行整合，将整合后的模拟量转化为数字信号，通过智能开关柜内部的智能芯片进行数据处理，自动判断出设备故障类型，并将判断结果传输至云配电管理平台等待专业人员处理。
2） 电气火灾监控。通过智能断路器监控开关与线缆连接点的温度，当发生温度异常时，系统将发送报警信号至监控云配电管理平台等待处理。
3） 智能运维。通过智能断路器中的ARM芯片实现故障录波与谐波分析，进而对故障点进行定位；具备远程人机联动功能，智能图像识别、故障距离信息传输。
云配电管理系统
（1） 系统设计
云配电管理系统基于云配电管理平台、大数据、物联网、无线加密等高新技术，是一套基于物联网技术的配电运维管控系统。该管控系统可以根据客户实际需求，既可采用公有云系统进行部署和管理，也可根据需求搭建自有数据中心进行本地化部署和管理，同时也支持将所有数据接入其他系统集成云配电管理平台。智能供电组成主要包括智能中压柜、智能低压柜、动环综合监控、视频监控等。智能配电系统示意如图1 所示。
（2） 通信管理
1） 云配电管理平台通信链路：各传感设备通过RS—485 将数据传输至边缘计算网关，边缘计算网关、智能微机保护装置、智能断路器、网络摄像头通过无线将数据传输至AC控制器，AC控制器通过以太网/4G/5G将数据传输至核心交换机，然后在客户云配电管理平台进行展示。智能配电系统前端管理可通过云配电管理平台实现远程运维管理，根据职责分工设置对应权限账户，在Web 端或者手机APP 进行功能操作，也可按照功能和实用需求在本地部署服务器，将智能供配电系统/其他关联云配电管理平台应用进行本地化部署，进行数据本地化和私有云交互。
2） 本地智能供配电系统通信链路：边缘计算网关除了能通过WiFi 将数据转发至本地系统集成云配电管理平台外，还可通过IEC 104 协议规约，将数据转发至本地电力监控系统，在本地电脑上进行“四遥”信息的展示，2 种通信转发可同时进行，互不影响。
一体化方案的具体实践
“四遥”功能实现
智能柜配置的所有智能断路器都需具备WiFi 通信功能，可通过无线WiFi 直接与云配电管理平台通信，需采用RSA/AES非对称式点对点加密算法，确实保障数据传输的安全。
将数据上传至云端后，工作人员可在手机端或监测云配电管理平台实时观测设备运行状况，能够实现遥控、遥测、遥信、遥调功能。遥控：可控制设备跳闸、分闸、合闸等操作，可设置操作权限和
身份验证方式，如短信验证、密码验证等；遥测：可显示馈线回路电压、电流、频率、相位、有功、无功、功率因数、导线触头温度等遥测数据；遥信：展示馈线回路分合状态、预警状态、报警状态等遥信信息，显示所有事件记录和故障报警状态，并且可设置短信通知、邮件通知、APP 推送等报警通知方式；遥调：可查询设备参数配置，在线调整设备参数，设置参数设置权限和验证方式。
云配电管理平台具备完善的权限管理功能，可针对每个账户、每台设备分别设置权限。遥控、遥测、遥信、遥调功能均可针对不同账户和设备打开或者关闭。其中，遥控功能必须要采用手机验证码验证方式，每验证一次，可在2 min 内控制开关跳闸。“四遥”功能界面如图2 所示。
电气火灾监测功能实现
智能配电柜所采用的智能断路器内部需集成温度传感器，可实时监控开关与线缆连接点的温度。
当开关触头温度超过85 ℃时，可发送预警短信到管理员手机，温度超过150 ℃时，可直接跳开对应断路器。云配电管理平台电气火灾监控界面如图3所示。
智能运维功能实现
（1） 故障判定。智能断路器需内置ARM芯片，判断故障类型，并将故障时的各种电气参数和信息发送告警给云配电管理平台和管理人员手机。
（2） 地图定位。通过手机打开对应台区管理界面，通过云配电管理平台内的地图定位信息，导航到台区位置。
（3） 扫码查数据。在台区本地，需支持通过扫描二维码查看各设备参数，并修改对应定值。
（4） 自动巡检。台区需全天候巡检设备运行状态，发现异常情况，发送预警或告警到云配电管理平台或者管理人员手机。智能运维功能框架如图4所示。
能耗监测实现
云配电管理平台能够实时监测开关的用电量，将监测数据汇总后生成负荷能耗及能源需求表，此外也能够生成日用电、月用电、年用电数据表，自动统计同比数据和环比数据，工作人员也能够将云配电管理平台数据导出，便于用户做耗能分析，云配电管理平台能耗监测界面如图5 所示。
结 论
针对煤矿供配电系统中存在的通信困难、数据传输能力不足、故障排查不及时、设备不可靠等问题，提出一种基于云配电管理平台、大数据、物联网、无线加密等高新技术的智能配电系统，经过实际应用表明该系统具备以下优点：
（1） 具备“四遥”功能。能够实时监测设备运行状态并能根据设备运行的数据信息进行故障分析做出判断，提高了配电箱数据可视化程度及智能化程度。
（2） 电气火灾监测功能。能够实现变电所环境、安防、消防一体化监控，通过智能断路器监控开关与线缆连接点的温度，预防电气火灾的发生，提高配电箱安全性。
（3） 智能运维功能。通过智能断路器中的ARM芯片实现故障录波与谐波分析，进而对故障点进行定位，具备远程人机联动、智能图像识别、故障距离信息传输等功能 ，提高了配电箱可靠性。
（4） 能耗监测功能。云配电管理平台实时监测开关的有功功率和有功电度，方便用户进行能耗分析。
