無(wú)人值守監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下主變電所的應(yīng)用

李 超

(中煤能源研究院有限責(zé)任公司，陜西西安 710054)

0 引言

煤礦井下主變電所是礦井井下供電核心，井下主變電所的安全可靠運(yùn)行是井下采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保證。隨著礦井自動(dòng)化、智能化水平的提高，采用先進(jìn)的科技手段，對(duì)井下供電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)井下主變電所的無(wú)人值守，成為煤礦井下供電系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

某煤礦為實(shí)現(xiàn)井下主變電所的無(wú)人值守，提高礦井井下供電系統(tǒng)智能化水平。通過建設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)井下變電所包括智能化高壓開關(guān)、智能化低壓饋電開關(guān)等進(jìn)行通信系統(tǒng)改造。實(shí)現(xiàn)在調(diào)度室內(nèi)統(tǒng)一平臺(tái)對(duì)井下高壓開關(guān)、低壓饋電開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下高壓開關(guān)的分閘操作、合閘操作，同時(shí)還具有故障復(fù)位、參數(shù)整定等遠(yuǎn)程操作功能，實(shí)現(xiàn)井下主變電所的無(wú)人化可靠運(yùn)行，提高了供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 井下中央變電所現(xiàn)狀及存在問題

1．1 井下中央變電所現(xiàn)狀

井下中央變電所位于井底車場(chǎng)，與井下中央水泵房聯(lián)合布置。井下中央變電所高、低壓系統(tǒng)均采用單母線分段接線型式。變電所內(nèi)安裝無(wú)錫新一代電力電器有限公司KGS1型礦用一般型手車式高壓真空配電裝置16臺(tái)，配有VS1-12/630-25型高壓真空斷路器及南京因泰萊電器PA150系列微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，具有遙控、遙測(cè)、遙調(diào)及通訊功能。低壓柜為7臺(tái)無(wú)錫新一代電力電器有限公司KDC1型礦用一般型低壓配電裝置，采用常熟開關(guān)廠CM1型低壓斷路器，未配置測(cè)控儀表。

1．2 存在的問題

高壓系統(tǒng)配備了微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，但沒有配備相應(yīng)的通訊裝置，保護(hù)信號(hào)無(wú)法進(jìn)行集中監(jiān)控。需在中央變電所增設(shè)電力監(jiān)控分站，同時(shí)需解決增設(shè)的電力監(jiān)控分站與現(xiàn)有微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置的通訊問題，需要現(xiàn)有微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置廠家配合提供底層的編碼規(guī)則。

低壓系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集及遠(yuǎn)程操作功能。需在現(xiàn)有供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加智能儀表、接觸器及遠(yuǎn)程智能監(jiān)控模塊，同時(shí)需解決增設(shè)的電力監(jiān)控分站與增加的智能儀表、遠(yuǎn)程智能監(jiān)控模塊的通訊問題，需要智能儀表、遠(yuǎn)程智能監(jiān)控模塊廠家配合提供底層的編碼規(guī)則。

2 無(wú)人值守改造方案

2．1 高壓系統(tǒng)改造

中央變電所高壓系統(tǒng)采用KGS1型礦用一般型手車式高壓真空配電裝置，保護(hù)裝置為南京因泰萊電器PA150系列微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，采用了基于ARM9內(nèi)核32位的微控制器?？蓪?duì)高壓真空配電裝置電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、零序電流等進(jìn)行采集;具有分合閘出口繼電器及4路信號(hào)繼電器輸出。

可見目前中央變電所高壓系統(tǒng)具備實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的硬件條件，僅需增加通訊分站，構(gòu)成底層通信網(wǎng)絡(luò)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、上傳及遠(yuǎn)程控制功能。高壓系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2．2 低壓系統(tǒng)改造

中央變電所低壓系統(tǒng)為KDC1型礦用一般型低壓配電裝置，采用常熟開關(guān)廠CM1型低壓斷路器，未配置測(cè)控儀表，不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控的硬件條件。

圖1 高壓系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)框圖

為實(shí)現(xiàn)中央變電所低壓系統(tǒng)的無(wú)人值守，需要對(duì)低壓系統(tǒng)硬件設(shè)備進(jìn)行改造，為斷路器增加電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。但電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)要求斷路器前端凈距離為94 mm，目前低壓柜斷路器前端凈空間約為75 mm，不能滿足增加電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的空間需求，需對(duì)柜體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改裝，改造難度較大，需低壓柜供貨廠家對(duì)柜內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。所以，中央變電所低壓系統(tǒng)僅增加電量采集系統(tǒng)，在地面實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，不增加電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，不遠(yuǎn)程分合斷路器;在配電回路中增加接觸器和遠(yuǎn)程智能監(jiān)控模塊，可遠(yuǎn)程控制配電回路的通、斷。

2．3 底層功能

通過上述方案改造后可構(gòu)成中央變電所高低壓系統(tǒng)電力監(jiān)控的底層通信網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、上傳及遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遙測(cè)功能、遙信功能、遙控功能、遙調(diào)功能和查詢功能。

可以對(duì)高壓開關(guān)的分合閘控制操作、低壓配電回路控制操作、保護(hù)信號(hào)的復(fù)歸操作;對(duì)微機(jī)綜合保護(hù)裝置的內(nèi)部參數(shù)整定功能，井下可通過KJ736-F分站集中對(duì)每一臺(tái)設(shè)備開關(guān)參數(shù)進(jìn)行整定;實(shí)時(shí)采集并傳送運(yùn)行參數(shù);實(shí)時(shí)采集并傳送各種保護(hù)和開關(guān)量信息。

3 地面監(jiān)控系統(tǒng)

3．1 改造方案

在集控中心增設(shè)1臺(tái)電力監(jiān)控主機(jī)，承擔(dān)數(shù)據(jù)報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。電力監(jiān)控主機(jī)通過井下光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與井下電力監(jiān)控分站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下中央變電所內(nèi)配電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行顯示，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

監(jiān)控主機(jī)使用組態(tài)軟件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示供電系統(tǒng)及其配套設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和詳細(xì)參數(shù)，使管理人員在地面即可掌握井下供電系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)超限可報(bào)警并自動(dòng)保護(hù)，預(yù)防和減少供電事故的發(fā)生;又可根據(jù)自動(dòng)化控制信息實(shí)現(xiàn)井下供電系統(tǒng)的遙控、遙測(cè)，實(shí)現(xiàn)井下的無(wú)人值守;并可與全礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，為礦領(lǐng)導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。

3．2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

井下監(jiān)控設(shè)備主要為KJ736-F礦用隔爆兼本安型電力監(jiān)控分站，通過RS485總線連接高壓開關(guān)柜內(nèi)微機(jī)綜合保護(hù)裝置，低壓系統(tǒng)內(nèi)智能儀表及電量采集模塊等。采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過以太環(huán)網(wǎng)將上傳至調(diào)度中心，通過采集服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)。

煤礦目前已建成井下光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)采用MGXTW32礦用阻燃32芯光纜，部分監(jiān)控子系統(tǒng)通過井下光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3．3 系統(tǒng)功能

基于信息化集成的需要，根據(jù)礦井下實(shí)際情況，井下電力監(jiān)控系統(tǒng)工程能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下變電所包括智能化高壓開關(guān)，智能化低壓饋電開關(guān)及智能化電磁啟動(dòng)器等進(jìn)行信息化改造。通過建設(shè)井下電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下中央變電所的無(wú)人值守，在地面監(jiān)控中心主要可實(shí)現(xiàn)以下功能:①具有遙測(cè)量、遙信量、模擬量實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線等顯示功能;②可對(duì)遙測(cè)量日(班)報(bào)表、遙測(cè)量報(bào)警日(班)報(bào)表、遙信量報(bào)警及斷電日(班)等報(bào)表信息進(jìn)行打印;③系統(tǒng)具有自診斷功能，可在系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警并記錄，以供查詢及打印;④系統(tǒng)具有雙機(jī)切換功能及數(shù)據(jù)備份功能;⑤系統(tǒng)的實(shí)時(shí)(歷史)數(shù)據(jù)、曲線及圖像可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，其他具有相應(yīng)權(quán)限的用戶可以實(shí)時(shí)了解到井下變電所的工作情況。

4 結(jié)論

(1)井下主變電所無(wú)人值守系統(tǒng)實(shí)施后，可通過地面監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)掌握井下主變電所的運(yùn)行情況，可方便地根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況安排維修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，提高了供電的可靠性;同時(shí)，供電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器內(nèi)，方便進(jìn)行調(diào)用，可為生產(chǎn)決策者提供數(shù)據(jù)依據(jù);井下主變電所采用無(wú)人值守系統(tǒng)后，只需要安排巡檢人員，不需要現(xiàn)場(chǎng)值班人員，可節(jié)約人工費(fèi)用。

(2)井下中央變電所高壓部分充分利用了系統(tǒng)的硬件資源，挖掘提升了設(shè)備使用性能;底層通信設(shè)備利用成熟的隔爆兼本安型電力監(jiān)控分站，數(shù)據(jù)傳輸利用已建成的井下光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，改造方便、節(jié)省投入。對(duì)提高煤礦井下供電系統(tǒng)的管理水平有著重要的意義。