煤礦井下變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)分析

趙 虎

(山西焦煤集團有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 030022)

0 引言

在煤礦開采工作當(dāng)中，煤礦井下變電所是煤礦供配電系統(tǒng)中非常重要的工程部分，變電所運行的安全性與穩(wěn)定性，是保證煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障。由于礦井下面的負(fù)荷類型比較多，并且區(qū)域分布比較廣泛，實際工作環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境都比較復(fù)雜甚至是比較惡劣，其中會存在很多不穩(wěn)定性因素，經(jīng)常會產(chǎn)生停送電時間較長、供電故障對煤礦的安全開采形成了非常大的影響。隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，很多的大型機電設(shè)備以及先進的控制系統(tǒng)在煤礦企業(yè)中被廣泛的運用，進而對煤礦電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求也不斷上升。其中煤礦供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量，直接關(guān)系到了煤礦開采單位的經(jīng)濟效益，同時對礦井生產(chǎn)的安全也有著非常大的影響。

1 具體案例分析

我國某煤礦開發(fā)屬于高瓦斯礦井，該礦井下的供電系統(tǒng)能否保證安全、穩(wěn)定、可靠的工作，直接關(guān)系到了礦井的安全生產(chǎn)。該煤礦北大巷供電系統(tǒng)，其中電網(wǎng)的供電質(zhì)量比較差、經(jīng)常會產(chǎn)生跳閘事故，由于該供電系統(tǒng)比較龐大，變電所可以提供的自動化管理和監(jiān)測設(shè)備程度比較低，在恢復(fù)供電的過程當(dāng)中需要的時間比較長。在這幾個方面的影響因素下，對該煤礦北大巷的供電安全以及礦井安全工作形成了不良影響，同時也嚴(yán)重制約了礦井生產(chǎn)的規(guī)模。因此，必須對該地區(qū)礦井供電系統(tǒng)實施改造，提升礦井供電網(wǎng)的電能質(zhì)量，有效地解決供電系統(tǒng)中經(jīng)常產(chǎn)生的越級跳閘問題，同時也要實現(xiàn)井下變電所的無人值守效果，相關(guān)電力運行管理人員在監(jiān)控中心，就可以實現(xiàn)對整個供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)加以了解，最終實現(xiàn)“四遙”功能[1]。

2 煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控技術(shù)

在該礦井下的變電所當(dāng)中，一些環(huán)境參數(shù)對變電所的安全運行有著直接影響，其中主要包含了瓦斯、溫度以及粉塵等相關(guān)參數(shù)，工作人員因素也是不能忽略的問題，對變電所中環(huán)境影響因素參數(shù)的監(jiān)測非常重要。

2.1 瓦斯監(jiān)測

對井下變電所環(huán)境中的瓦斯含量的監(jiān)測是一項非常重要的工作，重點表現(xiàn)在兩個方面：首先是在變電所當(dāng)中，對空氣中存在的瓦斯?jié)舛冗M行科學(xué)的監(jiān)測，保證瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩秶畠?nèi)，這樣對變電所本身和在內(nèi)工作人員的安全起到了充分保障；然后是通過監(jiān)測設(shè)備檢測出供電系統(tǒng)周圍的瓦斯含量，如果瓦斯含量超標(biāo)，則需要進行及時處理和解決，保證供電系統(tǒng)的安全性。在監(jiān)測系統(tǒng)中，瓦斯監(jiān)測傳感器安裝在變電所的關(guān)鍵位置上，通過對供電線路中的信號連接傳輸，與聯(lián)動設(shè)備之間進行連接和轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)了傳輸系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確校對。

2.2 溫度監(jiān)測

在礦井下變電所中的設(shè)備相對比較集中，并且設(shè)備在工作過程當(dāng)中，基本上都會釋放出大量的熱量，進而提升了周圍環(huán)境問題，通過對變電所中的實時溫度控制，可以保證系統(tǒng)設(shè)備處于可控溫度的工作狀態(tài)。并且針對一些工作中可能會產(chǎn)生大量熱能的設(shè)備，需設(shè)置獨立溫度傳感器對其進行一對一監(jiān)測，這種監(jiān)測方法可以更加有效地預(yù)防危險性事故的發(fā)生。在使用溫度傳感器的過程中，需要根據(jù)環(huán)境中的具體狀況與相應(yīng)的功能需求來進行準(zhǔn)確設(shè)置，同時對溫度傳感器所傳出的實時數(shù)據(jù)和其中的聯(lián)動裝置進行分析和控制，并且還需要將變電站的分站監(jiān)控裝置有效連接到監(jiān)控系統(tǒng)范圍當(dāng)中，充分發(fā)揮出監(jiān)控系統(tǒng)的作用。

2.3 煙霧與門禁監(jiān)測

在礦井井下變電所中，設(shè)備在遇到潮濕、接觸不良等方面問題時，可能會產(chǎn)生漏電或者著火現(xiàn)象，生成了大量煙霧，針對這種狀況就可以使用煙霧傳感器，對環(huán)境中的煙霧濃度實施有效檢測，通過這種方式來防止事故進一步擴大。在煙霧傳感器的周圍需要通過數(shù)據(jù)聯(lián)動的方式，有效地連接到監(jiān)控系統(tǒng)上。相關(guān)工作人員需要通過實施監(jiān)控就可以了解變電站內(nèi)部的具體狀況，進而可以體現(xiàn)出無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的有效性[2]。門禁監(jiān)測主要采用形成開關(guān)、紅外線傳感器以及人員定位等方式，對進出變電站的相關(guān)工作人員實施嚴(yán)格的監(jiān)管，同時對人員的進入以及離開的時間，或者是對變電所當(dāng)中相關(guān)工作人員的具體活動狀況進行準(zhǔn)確的考核與記錄[3]。

3 井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.1 監(jiān)測功能實現(xiàn)

在該礦井下中六區(qū)變電所、南六區(qū)變電所和南五區(qū)變電所高開柜內(nèi)安裝智能保護器實現(xiàn)模擬量(包括電流量，電壓量)、開入量的數(shù)字化，通過點對點光纖上送至安裝于變電所內(nèi)的礦用光傳輸接口，同時能接收礦用光傳輸接口下發(fā)的出口命令，通過這種工作方式，有效實現(xiàn)了供電系統(tǒng)的開關(guān)跳閘、合閘，并且對其中不同的智能化安全保護裝置收集到的數(shù)據(jù)進行收集和處理，通過高速光纖傳輸?shù)降孛婵刂剖壹杀Ｗo監(jiān)測裝置當(dāng)中。在該系統(tǒng)中可以在不停止運轉(zhuǎn)的情況下，通過安裝在地面上的集成保護裝置，對礦井中存在的各種潛在問題進行監(jiān)測，該煤礦無人值守變電站監(jiān)控技術(shù)，使用了6個變電所分控中心來進行監(jiān)控，電力分控中心配置了服務(wù)器來進行連接，同時其中還存在屬性服務(wù)器、客戶端服務(wù)器以及視頻服務(wù)器等，同時在工程師工作站與超級操作員平臺上配置了AC800M控制器的實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了電力監(jiān)測控制數(shù)據(jù)相互之間的傳輸，其中所有的電力操控基本上都是通過超級操作人員來進行控制的[4]。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)與難點

針對煤礦井下變電所供電特殊性，運用高性能主機、高速點對點的光纖傳輸技術(shù)以及高精度同步采樣技術(shù)，在煤礦開發(fā)與井下供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的傳輸共享，實現(xiàn)了對系統(tǒng)中漏電防護功能和光纖軟件的保護，對母線差動保護軟件運用，是當(dāng)前國際上比較先進的科學(xué)技術(shù)。對井下高壓防爆的光纖防護需求進行了有效改造，增加了光纖穿墻端子，并且在改造之后對防爆功能進行了重新鑒定。在各個變電所相互之間的聯(lián)絡(luò)線配置中，對其中的光纖差動進行了防護，同時在變電所各個母線配置過程中，對其中的負(fù)荷線路配置防護，保證線路整體長度超過線路保護長度，因為以上速動保護完全覆蓋到了整個配電系統(tǒng)中的明確動作區(qū)，在配電系統(tǒng)中任何一個故障點的防護工作上，基本上需要以最小停電的原則來進行工作，通過這種方式保證了系統(tǒng)當(dāng)中產(chǎn)生的越級跳閘的問題[5]。煤礦井下采取變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)，除了需要具備保護、報警、監(jiān)控以及軟件管理等方面的功能之外，還需要具備事故錄播功能，通過交流采樣技術(shù)來進行動態(tài)監(jiān)測，省略了直流變送器的環(huán)節(jié)，并且詳細(xì)記錄了故障發(fā)生類型，有效分辨出故障種類與發(fā)生位置，通過遠(yuǎn)程操作來實現(xiàn)對變電所內(nèi)部狀態(tài)進行監(jiān)測。

3.3 語音、視頻聯(lián)動功能實現(xiàn)

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測診斷出有事件產(chǎn)生的時候，地面監(jiān)控臺與邊帶所內(nèi)部相關(guān)的語音設(shè)備進行實時聯(lián)動，通過語音設(shè)備來播報事件產(chǎn)生的類型，通過這種方式來提醒相關(guān)工作人員對各種事故進行及時處理。IP語音對講設(shè)備中使用的是VOIP語音通信視乎，通過UDP組播的方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號之間的傳導(dǎo)，有效實現(xiàn)了多方實時對講的功能。在系統(tǒng)診斷產(chǎn)生有事故產(chǎn)生的時候，需要及時的發(fā)送出變電所中的相關(guān)視頻，地面監(jiān)控臺對事件現(xiàn)場發(fā)生的狀況以及錄像等進行調(diào)查和分析。同時攝像儀所具備的網(wǎng)絡(luò)接口，可以通過地環(huán)網(wǎng)交換機或者是通過電力監(jiān)控站來傳輸?shù)较到y(tǒng)，通過數(shù)據(jù)信息收集的方式，對相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行有效的監(jiān)測和管理，同時以UDP組播的方式傳輸?shù)较到y(tǒng)后臺當(dāng)中，系統(tǒng)軟件可以實現(xiàn)對SDK以及控件顯示界面上的控制視頻窗口之間有效銜接，并且通過結(jié)合了邏輯控制核算的方式，實現(xiàn)對井下變電站當(dāng)中所有組圖視頻的監(jiān)視工作，以此來保證井下變電所的運行安全。

4 結(jié)語

通過對煤礦井下變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的分析和探討，總結(jié)出當(dāng)前在我國煤礦開采過程中，對供電質(zhì)量要求越來越高，這就需要保證井下變電所具有一套穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，實現(xiàn)變電所智能化電力控制，對提升變電所穩(wěn)定供電、減少安全事故都有著重要意義。