安科瑞 陳聰

摘要：介紹基于以太網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建的煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和通信功能、遠(yuǎn)程調(diào)控和保護(hù)功能、統(tǒng)計查詢和反饋功能、門禁管理等功能。應(yīng)用實踐表明，該系統(tǒng)真正實現(xiàn)井下采區(qū)變電所的無人值守，有著顯著的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：煤礦；采區(qū)變電所；無人值守；自動監(jiān)控

0引言

目前，煤礦供電設(shè)備和電力監(jiān)控系統(tǒng)日趨完善，不僅實現(xiàn)了井下變電所的無人值守，也實現(xiàn)了視頻監(jiān)控功能。煤礦井下變電所主要包括水平主變電所和采區(qū)變電所，水平主變電主要承擔(dān)井下采掘、通風(fēng)、供電、排水系統(tǒng)的配電工作，而采區(qū)變電所主要服務(wù)于該采區(qū)的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需用電。采區(qū)變電所相比于水平主變電所而言，由于受采區(qū)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(qū)變電所故障排查難度大，停送電周期長，對采區(qū)的安全供電有一定程度的影響。目前，我國絕大多數(shù)礦井的采區(qū)變電所采用傳統(tǒng)人工值守方式進(jìn)行管理，但受到變電所供電系統(tǒng)復(fù)雜性的影響，一旦采區(qū)變電所出現(xiàn)故障，值守人員處理不及時，必然會對生產(chǎn)造成影響，甚至引發(fā)重大安全事故。隨著煤礦設(shè)備集約化、大功率化和智能化的發(fā)展，對采區(qū)變電所的供電質(zhì)量提出了更高的要求。因此，常村煤礦與移動通信公司聯(lián)合研發(fā)了采區(qū)變電所自動監(jiān)控?zé)o人值守系統(tǒng)，將監(jiān)控、保護(hù)和無人值守進(jìn)行融合，真正實現(xiàn)了采區(qū)變電所的無人值守和高效管理。

1變電所自動監(jiān)控?zé)o人值守系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

常村煤礦為實現(xiàn)井下采區(qū)變電所無人值守，首先要對采區(qū)變電所進(jìn)行實施監(jiān)控，且能夠及時自動處理故障、定位故障和報警，因此，采區(qū)變電所自動監(jiān)控?zé)o人值守需要滿足對變電所的監(jiān)測監(jiān)控、保護(hù)等功能。研究設(shè)計的采區(qū)變電所自動監(jiān)控?zé)o人值守系統(tǒng)主要可分為3個部分，即地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下傳輸 系統(tǒng)和綜保監(jiān)測反饋遠(yuǎn)動裝置。地面監(jiān)控系統(tǒng)主要包括可視液晶屏，可實時顯示變電所內(nèi)所監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，井下傳輸系統(tǒng)主要包括RS485通信線路、變電所設(shè)備監(jiān)控通信分站、CAN光纜通信總線等，監(jiān)測控制單元主要是指所需監(jiān)測的各類機電設(shè)備，主要監(jiān)測設(shè)備的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)。另外，為了避免閑雜人員進(jìn)入變電所和檢修人員及時進(jìn)入變電所處理故障，該系統(tǒng)增加了門禁管系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電所人員進(jìn)出的有效管理。其工作原理為：監(jiān)測控制單元將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過RS485通信線路傳輸至變電所分站，各分站數(shù)據(jù)經(jīng)CAN光纜通信總線傳輸至地面監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控人員根據(jù)監(jiān)控情況發(fā)出指令，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程通信和遠(yuǎn)程調(diào)控，真正實現(xiàn)了采區(qū)變電所自動監(jiān)控?zé)o人值守。

2系統(tǒng)功能和特點

2.1遠(yuǎn)程監(jiān)控和通信功能

平地監(jiān)控系統(tǒng)所用監(jiān)控主機采用內(nèi)存64MB的型號為PIII500的處理器，處理功能強大，且監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)監(jiān)控主機退出工作時也可不影響井下監(jiān)控的功能，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實時掌握監(jiān)控設(shè)備的電壓、電流、功率因數(shù)等相關(guān)參數(shù)和存在的故障類型，且設(shè)備運行狀態(tài)以數(shù)據(jù)或者圖標(biāo)的形式在地面 監(jiān)控系統(tǒng)平臺上顯示。

2.2遠(yuǎn)程調(diào)控和保護(hù)功能

監(jiān)控人員通過地面監(jiān)控系統(tǒng)可以實時掌握變電所設(shè)備運行狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測到某臺監(jiān)測設(shè)備出現(xiàn)故障時，監(jiān)控人員可遠(yuǎn)程實施調(diào)控，如可遠(yuǎn)程對高低壓電纜開關(guān)進(jìn)行斷電和送電操作，對綜保設(shè)備進(jìn)行復(fù)位操作等。

2.3統(tǒng)計查詢和反饋功能

該自動監(jiān)控?zé)o人值守系統(tǒng)可對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測的同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，監(jiān)控人員可實時調(diào)出近期設(shè)備運行數(shù)據(jù)參數(shù)。另外，該系統(tǒng)具有故障報警和反饋功能，若監(jiān)控人員未及時觀看監(jiān)控屏?xí)r，所監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)故障后會發(fā)出警報，警報信息則通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳至地面監(jiān)控系統(tǒng)，避免了平地值守人員因疏忽等原因未及時查看監(jiān)控系統(tǒng)而引起的安全事故。

2.4門禁管理功能

對無人值守的變電所而言，若關(guān)門加鎖容易則造成檢修人員處理故障滯后，因此自動監(jiān)控?zé)o人值守系統(tǒng)將門禁管理納入其中，首先對礦井能夠進(jìn)入變電所的專職檢修人員進(jìn)行人像采集，當(dāng)專職人員需要進(jìn)入變電所時，檢修人員只需將面部對準(zhǔn)變電所門口安設(shè)的攝像頭進(jìn)行人像識別，通過人像識別后，變 電所門將自動開啟，檢修人員可直接進(jìn)入。該過程始終在地面監(jiān)控系統(tǒng)中顯示且變電所門開關(guān)可由監(jiān)控人員地面遙控，如因攝像頭故障等因素導(dǎo)致無法進(jìn)入人像識別，檢修人員可通過語音通話進(jìn)行確認(rèn)，監(jiān)控人員遠(yuǎn)程遙控開啟。

2.5軟件功能

無人值守系統(tǒng)涉及的軟件主要有監(jiān)控主機所用Windows系統(tǒng)以及采用SCADA數(shù)據(jù)編寫的各類實用軟件。實用軟件可實現(xiàn)監(jiān)控操作、數(shù)據(jù)報表繪制、參數(shù)設(shè)置、報警信息回饋、參數(shù)記錄、系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)打印、個別領(lǐng)導(dǎo)和部門分控等功能。

3 效益分析

常村煤礦秉持“機械化換人，自動化減人”的發(fā)展理念，對井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，系統(tǒng)投入運 行取得良好的生產(chǎn)效果，體現(xiàn)出顯著的社會與經(jīng)濟(jì)效益，主要具有以下幾方面優(yōu)點。

1. 系統(tǒng)投入運行后變電所無需專人值守，監(jiān)控人員可以根據(jù)變電所設(shè)備狀況進(jìn)行調(diào)控和管理，維修人員只需根據(jù)監(jiān)控人員調(diào)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，通過應(yīng)用自動監(jiān)控?zé)o人值守系統(tǒng)，可實時顯示監(jiān)測設(shè)備故障類型和故障位置，減少了檢修人員排查故障的難度和時間。

3. 通過系統(tǒng)的軟件功能、信息反饋功能等可對一段時期內(nèi)的設(shè)備運行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，同時可對事故率進(jìn)行統(tǒng)計分析，有助于合理制定檢修制度和確定檢修工作。

4. 系統(tǒng)投入運行后，大幅提升變電所的自動化與智能化水平，檢修維護(hù)成本降低，節(jié)約大量的人力與物力。另外，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，掌握設(shè)備運行故障規(guī)律，重新制定了檢修工作計劃，變電所每年可節(jié)省材料費用4萬元；提高了煤礦開采量，采面每年增加產(chǎn)量2萬t，按照當(dāng)前煤價 450元/t計算，可提前增加收入900萬元。

4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)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(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對工程具體情況，設(shè)計方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機界面，性能價格比，監(jiān)控系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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(yīng)用場所

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端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(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(jiān)控系統(tǒng)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(hù)裝置動作信號；預(yù)告報警包括一般設(shè)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，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

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

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進(jìn)入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)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），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)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(yù)告報警和事故報警。

3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。

4.4.3調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級：

控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。

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(yuǎn)方/站控層的切換。

四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先。

原則上間隔層控制和設(shè)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(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，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。同一時間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)語

井下采區(qū)變電所自動監(jiān)控?zé)o人值守系統(tǒng)實現(xiàn)了井下采區(qū)變電所集保護(hù)、監(jiān)控一體化。系統(tǒng)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間，也減少了大量的人力、財力和物力的投入，體現(xiàn)出顯著的社會與經(jīng)濟(jì)效益，保障了礦井的安全生產(chǎn)。

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