煤礦井下無人值守變電所應用及其改進

摘要：井下變電站是煤礦配電系統(tǒng)的重要組成部分，與煤礦的安全開采、經(jīng)濟水平密切相關(guān)。本文以某煤礦為例，探究無人值守變電所在煤礦井下的實際應用，分析無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的實際情況，并提出改進的措施。

Abstract： The underground substation is an important part of the coal mine power distribution system， and is closely related to the safe mining and economic level of the coal mine. This article takes a coal mine as an example to explore the practical application of the underground mine where the unattended substation is located， analyzes the actual situation of the unattended monitoring system， and proposes measures for improvement.

關(guān)鍵詞：煤礦;無人值守變電所;監(jiān)控系統(tǒng)

Key words： coal mine;unattended substation;monitoring system

中圖分類號：TD611 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0235-02

0 ?引言

煤礦井下區(qū)域分布廣，負荷種類多，地質(zhì)條件復雜，存在較多的安全隱患，如果出現(xiàn)供電故障，對煤礦安全生產(chǎn)造成嚴重影響。現(xiàn)代數(shù)字化礦山建設不斷推進，某煤礦也積極發(fā)展數(shù)字化礦井，根據(jù)生產(chǎn)實際，某煤礦采用供電遠程測控系統(tǒng)，井下變電所實現(xiàn)了無人值守?，F(xiàn)代化礦井發(fā)展的必然趨勢之一是煤礦井下無人值守，采用微機集中監(jiān)控井下變電所供電系統(tǒng)。該煤礦是國有大型煤礦，變電所建設年限較早，需對該礦的變電所進行改進。本文對該煤礦的無人值守變電所應用進行分析，完善煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)，保證煤礦供電的安全性。

1 ?某煤礦井下無人值守變電所監(jiān)控

某煤礦井下無人值守變電所應用的監(jiān)控系統(tǒng)，由決策層、電力層、網(wǎng)絡層、感知層等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。感知層包括數(shù)據(jù)終端設備、攝像頭、可編程控制、遠程終端單元，以及其他智能部分等。感知層能夠與智能終端相結(jié)合，對開關(guān)量參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等進行采集，實現(xiàn)測控一體化。網(wǎng)絡層由IP網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集、其他末端系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等構(gòu)成。網(wǎng)絡層能夠解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸問題。CANBus為串行總線系統(tǒng)，連接執(zhí)行器、控制器、傳感器等，為ISO11898CAN執(zhí)行標準[1]。Modbus利用公用線路、局部專用線路連接，發(fā)出所有的通信。其組成包括可編程序控制器、計算機?？梢灾味鄠€控制器的順利通訊，支持多個遠程從屬控制器。中心主機與各PC利用Modbus信息交換。RFID為射頻識別系統(tǒng)，是一種無線通信技術(shù)，能夠編寫數(shù)據(jù)信息，識別特定的目標。電力層包括基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)共享交換平臺等?；A(chǔ)層運行可以應用Linux、Windows。數(shù)據(jù)共享平臺利用服務總線，進行數(shù)據(jù)的實時交換。決策層包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應急管理體系、人員定位系統(tǒng)等。（圖1）

2 ?改進煤礦井下無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

2.1 門禁監(jiān)測

人員管理是煤礦井下無人值守變電所的管理重點。門禁監(jiān)測系統(tǒng)十分重要，監(jiān)控相關(guān)工作人員的出入情況，應用工作人員的定位系統(tǒng)、行程開關(guān)等，進行記錄和監(jiān)控[2]。了解變電所相關(guān)工作人員的活動狀況，為工作人員的考核提供參考，體現(xiàn)其公平性與公正性。

2.2 瓦斯監(jiān)測

監(jiān)測瓦斯情況，對瓦斯的實際含量進行實時了解。為保證工作人員、變電所的安全，需要科學監(jiān)測空氣瓦斯的濃度，保證在科學的濃度范圍內(nèi)。對于供電系統(tǒng)周圍瓦斯的含量，也要加強監(jiān)測，合理使用監(jiān)測設備。如果瓦斯?jié)舛瘸瑯?，能夠及時預警，并進行處理[3]。在變電所的關(guān)鍵位置上，安裝瓦斯監(jiān)控傳感器，保證安全運行供電系統(tǒng)，連接轉(zhuǎn)換利用信號連接傳輸實現(xiàn)，能夠?qū)?nèi)部數(shù)據(jù)信息精確傳輸。

2.3 煙霧監(jiān)測

由于煤礦井下處于比較潮濕的環(huán)境下，因此，變電所的設備可能出現(xiàn)接觸不良的問題，導致火災事故。煙霧監(jiān)測十分重要，監(jiān)測煤礦井下環(huán)境中的煙霧濃度，利用煙霧傳感器，及時發(fā)現(xiàn)問題。監(jiān)控系統(tǒng)與煙霧傳感器連接，進行數(shù)據(jù)聯(lián)動，從而可以對變電站的內(nèi)部運行狀況進行實時監(jiān)測，方便工作人員的全面了解，從而實現(xiàn)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

2.4 溫度監(jiān)測

在變電所設備運行過程中，會有大量的熱量產(chǎn)生，增加周圍環(huán)境的溫度。煤礦井下的變電所設備，通常比較集中，需要加強溫度的控制，避免溫度過高，影響供電系統(tǒng)的正常運行。要保證變電所系統(tǒng)設備的溫度處于可控的情況下。根據(jù)煤礦井下的功能需求以及實際環(huán)境情況，設置溫度傳感器。有的設備工作中會有大量熱量的產(chǎn)生，需要重點監(jiān)測，設立專門的溫度傳感器，實行一對一監(jiān)測。注意一些特殊情況，保證能夠準確對事故進行預警。將溫度傳感器與分站監(jiān)控系統(tǒng)相連接，分析聯(lián)動裝置情況，發(fā)揮監(jiān)控的作用。

2.5 視頻監(jiān)測

煤礦井下變電所處于無人值守的情況，遠程監(jiān)控進行直觀視覺監(jiān)視的同時，還要對電網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息進行全面監(jiān)測。安裝視頻攝像儀裝備在變電所中，對環(huán)境、人員、設備等，進行有效的視頻監(jiān)測。通常在一個變電所中，安裝兩臺攝像機，分別監(jiān)測工作人員的運動情況，以及設備的運行情況。

3 ?改進煤礦井下無人值守變電所預警與聯(lián)動技術(shù)

煤礦企業(yè)需要對電子監(jiān)控軟件系統(tǒng)進行研究開發(fā)，完善實際功能。獲取電網(wǎng)監(jiān)控外的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，使相關(guān)工作人員對井下的實際開采情況能夠全面、及時地了解和掌握，從而做好安全措施。電子監(jiān)控軟件系統(tǒng)需要有報警設定、視頻解碼控制、邏輯判斷等功能，在設備遠程操作前，判斷與處理環(huán)境數(shù)據(jù)。與聯(lián)動診斷指令功能相結(jié)合，提供數(shù)據(jù)信號，比如語音、聲光等顯示，方便接受預警與執(zhí)行，對監(jiān)控畫面實時記錄，執(zhí)行結(jié)果實時輸送。

3.1 門禁聯(lián)動

為保證工作人員的活動，經(jīng)過紅外傳感器，可以將電力監(jiān)控聯(lián)動模塊增加在門禁監(jiān)測系統(tǒng)中。通過門禁聯(lián)動，向地面的監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)送監(jiān)控站信息。監(jiān)控系統(tǒng)也具有語言對講功能，從而幫助管理人員了解工作人員的狀態(tài)，并且可以進行有效的溝通。

3.2 環(huán)境聯(lián)動

進行環(huán)境聯(lián)動，比如如果瓦斯?jié)舛瘸^限制，監(jiān)控系統(tǒng)會立即發(fā)出預警信號，并且通過語音廣播系統(tǒng)，附近的工作人員能夠獲得相應的聲光和語音提醒。通過邏輯判斷與閾值，對環(huán)境的參數(shù)信息進行實時監(jiān)測，提醒意外的發(fā)生。避免故障事故的進一步擴大，及時采取科學的控制措施，促進變電所的安全、可靠運行。

3.3 視頻聯(lián)動

地面監(jiān)控后臺可以影像錄像，如果監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障，會立刻形成現(xiàn)場狀況的影像，向監(jiān)控中心發(fā)送記錄視頻。根據(jù)記錄視頻，不僅能夠及時有效處理故障，并且能夠進行回顧，從而總結(jié)分析故障事故的原因，制定措施，避免類似的故障再次發(fā)生。交換機、監(jiān)控分站中，接入攝像儀網(wǎng)絡接口，利用客戶/服務器模式輸送信息。采集數(shù)據(jù)信息并同時輸送，實現(xiàn)系統(tǒng)后臺的有效運行。根據(jù)邏輯控制算法，使用SDK控制視頻窗口、ActiveX控件，對設備的運行狀況進行視頻監(jiān)視。

3.4 語音聯(lián)動

如果診斷出開采事故，利用語言播報能夠及時提醒相關(guān)工作人員，解決相關(guān)的故障問題。實現(xiàn)語音聯(lián)動，應用VOIP語言通信系統(tǒng)，設置IP語音對講設備。多方實時對講，數(shù)據(jù)信號的傳導，應用UDP組播方式。將攝像儀的網(wǎng)絡接口向系統(tǒng)傳輸，利用環(huán)網(wǎng)交換機、電力監(jiān)控站。監(jiān)測數(shù)據(jù)利用信息數(shù)據(jù)收集方法，通過軟件與控件顯示界面、SDK連接[9]。故障問題被無人監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測出來，語音聯(lián)動系統(tǒng)開始啟動。地面監(jiān)控臺對故障現(xiàn)場的實際狀況，進行調(diào)查分析。通過邏輯控制核算，變電站的所有組圖視頻都可以被監(jiān)測。

4 ?煤礦無人值守變電所的應用情況

某煤礦使用無人值守變電所遠程監(jiān)控系統(tǒng)，利用數(shù)字化微機綜合保護器設備，改進變電所高壓開關(guān)的綜合保護器。利用數(shù)字化微型保護器為主站，接入RS485信號，可以提供更多的通訊數(shù)據(jù)信息，促進無人值班變電所的安全運行。

電力監(jiān)控站中，將2路本安攝像儀接入，利用光纖，對變電所的運行遠程監(jiān)控，與軟件結(jié)合，進行視頻聯(lián)動。如果系統(tǒng)自動切換視頻信號，或者開關(guān)出現(xiàn)故障，可以實現(xiàn)值班人員與工作人員的語音對講。使用以太網(wǎng)連接模式，將監(jiān)控站與語言通訊裝置進行連接。井下變電所的聲音信息，要與地面實現(xiàn)同步，從而實現(xiàn)實時的監(jiān)測以及語音報警功能。

電力監(jiān)控站接入2路紅外傳感器信號、2路門禁開關(guān)量信號，有效聯(lián)動視頻信號，對工作人員在變電所的活動進行實時監(jiān)控。接入溫度、煙霧等傳感器，實時監(jiān)控井下開采環(huán)境。如果出現(xiàn)超溫問題，變電所系統(tǒng)自動跳閘，避免出現(xiàn)火災故障。

該礦無人值守變電所實現(xiàn)了視頻、門禁、環(huán)境、語音的聯(lián)動，以及遙調(diào)、遙測、遙控等功能，使無人值守更加安全、可靠。

無人值守監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的技術(shù)效益、經(jīng)濟效益、社會效益。無人值守監(jiān)控系統(tǒng)減少了變電站故障發(fā)生率，有利于提高煤礦生產(chǎn)運行的安全性。值班領(lǐng)導能夠直觀調(diào)動生產(chǎn)過程，進行實時監(jiān)控。變電所只需要安排人員巡視。利用故障報警系統(tǒng)，維修人員可以快速排查故障，及時處理。

5 ?結(jié)語

隨著數(shù)字化礦山建設的發(fā)展，對無人值守變電所也提出了更高的要求。煤礦井下變電所的環(huán)境參數(shù)，對煤礦的安全運行有重要的影響，包括溫度、煙霧、瓦斯等等。無人值守變電所的聯(lián)動技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測，為煤礦變電所的建設提供技術(shù)支持，促進監(jiān)控功能的完善，有利于保障供電的安全性，促進煤礦工作的順利進行。

參考文獻：

[1]張瑋琛.煤礦井下變電所無人值守的運行與管理[J].西部探礦工程，2019，31（7）：186-187.

[2]尚通船.柳灣煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].機電工程技術(shù)，2019，48（9）：65-66，141.

[3]楊文廣.煤礦井下變電所無人值守系統(tǒng)設計及應用[J].機械管理開發(fā)，2019，34（1）：203-204.

作者簡介：徐志紅（1971-），女，新疆烏魯木齊人，工程碩士，新疆煤炭技師學院高級講師，長期從事煤礦電氣相關(guān)專業(yè)教學和培訓工作。