摘要：介紹基于以太網(wǎng)系統構建的煤礦井下采區變電所無(wú)人值守監控系統，該系統具有遠程監控和通信功能、遠程調控和保護功能、統計查詢(xún)和反饋功能、門(mén)禁管理等功能。應用實(shí)踐表明，該系統真正實(shí)現井下采區變電所的無(wú)人值守，有著(zhù)顯著(zhù)的社會(huì )與經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：煤礦；采區變電所；無(wú)人值守；自動(dòng)監控

0引言

目前，煤礦供電設備和電力監控系統日趨完善，不僅實(shí)現了井下變電所的無(wú)人值守，也實(shí)現了視頻監控功能。煤礦井下變電所主要包括水平主變電所和采區變電所，水平主變電主要承擔井下采掘、通風(fēng)、供電、排水系統的配電工作，而采區變電所主要服務(wù)于該采區的各生產(chǎn)環(huán)節所需用電。采區變電所相比于水平主變電所而言，由于受采區位置的限制，更容易遭受煤塵、瓦斯和水火等有害介質(zhì)的影響，故此事故率較高且采區變電所故障排查難度大，停送電周期長(cháng)，對采區的安全供電有一定程度的影響。目前，我國絕大多數礦井的采區變電所采用傳統人工值守方式進(jìn)行管理，但受到變電所供電系統復雜性的影響，一旦采區變電所出現故障，值守人員處理不及時(shí)，必然會(huì )對生產(chǎn)造成影響，甚至引發(fā)重大安全事故。隨著(zhù)煤礦設備集約化、大功率化和智能化的發(fā)展，對采區變電所的供電質(zhì)量提出了更高的要求。因此，常村煤礦與移動(dòng)通信公司聯(lián)合研發(fā)了采區變電所自動(dòng)監控無(wú)人值守系統，將監控、保護和無(wú)人值守進(jìn)行融合，真正實(shí)現了采區變電所的無(wú)人值守和高效管理。

1變電所自動(dòng)監控無(wú)人值守系統結構

常村煤礦為實(shí)現井下采區變電所無(wú)人值守，首先要對采區變電所進(jìn)行實(shí)施監控，且能夠及時(shí)自動(dòng)處理故障、定位故障和報警，因此，采區變電所自動(dòng)監控無(wú)人值守需要滿(mǎn)足對變電所的監測監控、保護等功能。研究設計的采區變電所自動(dòng)監控無(wú)人值守系統主要可分為3個(gè)部分，即地面監控系統、井下傳輸 系統和綜保監測反饋遠動(dòng)裝置。地面監控系統主要包括可視液晶屏，可實(shí)時(shí)顯示變電所內所監控設備的運行狀態(tài)，井下傳輸系統主要包括RS485通信線(xiàn)路、變電所設備監控通信分站、CAN光纜通信總線(xiàn)等，監測控制單元主要是指所需監測的各類(lèi)機電設備，主要監測設備的電壓、電流、功率因數等參數。另外，為了避免閑雜人員進(jìn)入變電所和檢修人員及時(shí)進(jìn)入變電所處理故障，該系統增加了門(mén)禁管系統，實(shí)現了變電所人員進(jìn)出的有效管理。其工作原理為：監測控制單元將監測數據通過(guò)RS485通信線(xiàn)路傳輸至變電所分站，各分站數據經(jīng)CAN光纜通信總線(xiàn)傳輸至地面監控系統，監控人員根據監控情況發(fā)出指令，實(shí)現了遠程監控、遠程通信和遠程調控，真正實(shí)現了采區變電所自動(dòng)監控無(wú)人值守。

2系統功能和特點(diǎn)

2.1遠程監控和通信功能

平地監控系統所用監控主機采用內存64MB的型號為PIII500的處理器，處理功能強大，且監控系統可實(shí)現監控主機退出工作時(shí)也可不影響井下監控的功能，可以實(shí)現遠程監控，實(shí)時(shí)掌握監控設備的電壓、電流、功率因數等相關(guān)參數和存在的故障類(lèi)型，且設備運行狀態(tài)以數據或者圖標的形式在地面 監控系統平臺上顯示。

2.2遠程調控和保護功能

監控人員通過(guò)地面監控系統可以實(shí)時(shí)掌握變電所設備運行狀態(tài)，當監測到某臺監測設備出現故障時(shí)，監控人員可遠程實(shí)施調控，如可遠程對高低壓電纜開(kāi)關(guān)進(jìn)行斷電和送電操作，對綜保設備進(jìn)行復位操作等。

2.3統計查詢(xún)和反饋功能

該自動(dòng)監控無(wú)人值守系統可對數據進(jìn)行監測的同時(shí)實(shí)現數據存儲，監控人員可實(shí)時(shí)調出近期設備運行數據參數。另外，該系統具有故障報警和反饋功能，若監控人員未及時(shí)觀(guān)看監控屏時(shí)，所監控設備出現故障后會(huì )發(fā)出警報，警報信息則通過(guò)數據傳輸系統傳至地面監控系統，避免了平地值守人員因疏忽等原因未及時(shí)查看監控系統而引起的安全事故。

2.4門(mén)禁管理功能

對無(wú)人值守的變電所而言，若關(guān)門(mén)加鎖容易則造成檢修人員處理故障滯后，因此自動(dòng)監控無(wú)人值守系統將門(mén)禁管理納入其中，首先對礦井能夠進(jìn)入變電所的專(zhuān)職檢修人員進(jìn)行人像采集，當專(zhuān)職人員需要進(jìn)入變電所時(shí)，檢修人員只需將面部對準變電所門(mén)口安設的攝像頭進(jìn)行人像識別，通過(guò)人像識別后，變 電所門(mén)將自動(dòng)開(kāi)啟，檢修人員可直接進(jìn)入。該過(guò)程始終在地面監控系統中顯示且變電所門(mén)開(kāi)關(guān)可由監控人員地面遙控，如因攝像頭故障等因素導致無(wú)法進(jìn)入人像識別，檢修人員可通過(guò)語(yǔ)音通話(huà)進(jìn)行確認，監控人員遠程遙控開(kāi)啟。

2.5軟件功能

無(wú)人值守系統涉及的軟件主要有監控主機所用Windows系統以及采用SCADA數據編寫(xiě)的各類(lèi)實(shí)用軟件。實(shí)用軟件可實(shí)現監控操作、數據報表繪制、參數設置、報警信息回饋、參數記錄、系統維護、數據打印、個(gè)別領(lǐng)導和部門(mén)分控等功能。

3 效益分析

常村煤礦秉持“機械化換人，自動(dòng)化減人"的發(fā)展理念，對井下采區變電所無(wú)人值守監控系統進(jìn)行技術(shù)改造，系統投入運 行取得良好的生產(chǎn)效果，體現出顯著(zhù)的社會(huì )與經(jīng)濟效益，主要具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)。

1. 系統投入運行后變電所無(wú)需專(zhuān)人值守，監控人員可以根據變電所設備狀況進(jìn)行調控和管理，維修人員只需根據監控人員調令進(jìn)入變電所，提升了工作效率。

2. 大幅度降低了因工人操作失誤造成故障的概率。另外，通過(guò)應用自動(dòng)監控無(wú)人值守系統，可實(shí)時(shí)顯示監測設備故障類(lèi)型和故障位置，減少了檢修人員排查故障的難度和時(shí)間。

3. 通過(guò)系統的軟件功能、信息反饋功能等可對一段時(shí)期內的設備運行參數進(jìn)行統計分析，同時(shí)可對事故率進(jìn)行統計分析，有助于合理制定檢修制度和確定檢修工作。

4. 系統投入運行后，大幅提升變電所的自動(dòng)化與智能化水平，檢修維護成本降低，節約大量的人力與物力。另外，通過(guò)該系統的應用，掌握設備運行故障規律，重新制定了檢修工作計劃，變電所每年可節省材料費用4萬(wàn)元；提高了煤礦開(kāi)采量，采面每年增加產(chǎn)量2萬(wàn)t，按照當前煤價(jià) 450元/t計算，可提前增加收入900萬(wàn)元。

4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )系統實(shí)現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯(lián)系界面，實(shí)現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò )失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。

針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價(jià)格比Z越，監控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò )結構，站控層網(wǎng)絡(luò )采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò )采用單網(wǎng)雙機熱備配置。

4.2應用場(chǎng)所

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶(hù)端配、用電系統運行監視和控制管理。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1實(shí)時(shí)監測

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

4.4.2報警處理

監控系統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動(dòng)作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實(shí)時(shí)報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢(xún)并打印的功能。

事故報警通過(guò)手動(dòng)，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報警信號進(jìn)入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶(hù)序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。

3）開(kāi)關(guān)事故跳閘到Z定次數或開(kāi)關(guān)拉閘到Z定次數，推出報警信息，提示用戶(hù)檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報警器、語(yǔ)音、短信、電話(huà)等但不限于以上幾種方式，用戶(hù)根據自己的需要添加或修改報警信息。

4.4.3調節與控制

操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實(shí)施監護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現場(chǎng)操作。

級控制，間隔層后備控制。其與三級控制的切換在間隔層完成。

三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

四級控制，遠方控制，優(yōu)先。

原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線(xiàn)路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機構的接地開(kāi)關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

3）定時(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

4）監控系統的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4用戶(hù)權限管理

系統設置了用戶(hù)權限管理功能，通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個(gè)權限組里添加用戶(hù)名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

5系統硬件配置

6結語(yǔ)

井下采區變電所自動(dòng)監控無(wú)人值守系統實(shí)現了井下采區變電所集保護、監控一體化。系統投入運行后，大幅提升井下變電所智能化水平和安全可靠性，減少了變電所事故率和故障影響時(shí)間，也減少了大量的人力、財力和物力的投入，體現出顯著(zhù)的社會(huì )與經(jīng)濟效益，保障了礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻

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