礦井無人值守變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

李秀明

(汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032302)

變電所是井下供電系統(tǒng)核心，其能否安全運行直接關(guān)系到井下采煤、運輸、掘進(jìn)、排水以及通風(fēng)等工作能否安全進(jìn)行。隨著礦井機械化、自動化技術(shù)不斷應(yīng)用，采用先進(jìn)的監(jiān)測監(jiān)控手段對井下變電所供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)井下變電所的無人值守，成為礦井井下供電系統(tǒng)發(fā)展的重要方向[1～2]。

通過在井下變電所采用無人監(jiān)控，提升礦井井下供電質(zhì)量及礦井供電智能化水平[3～4]。通過構(gòu)建電力監(jiān)控系統(tǒng)，對井下變電所內(nèi)的高壓開關(guān)、低壓饋電開關(guān)等進(jìn)行智能化改造，在地面監(jiān)控中心即可對變電所內(nèi)的高壓、低壓開關(guān)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過監(jiān)控平臺實現(xiàn)變電所高壓、低壓開關(guān)的遠(yuǎn)程開、合閘功能，同時具備供電故障復(fù)位、供電參數(shù)調(diào)整等遠(yuǎn)程控制功能，確保井下變電所在無人值守下的安全、可靠運行[5]。

1 中央變電所現(xiàn)狀分析

某礦中央變電所位于井底車場，變電所內(nèi)的高、低壓供電系統(tǒng)接線方式均為單母線。在變電所內(nèi)布置16臺高壓配電裝置(型號KGS1)，并配備有真空斷路器(型號KV1-12/630-25)及綜合保護(hù)器(型號PA150)。布置的低壓配電裝置型號為KDC1，配備有低壓斷路器(型號CM1)。

由于變電所內(nèi)未配備有通信裝置，監(jiān)測到的保護(hù)信號無法集中傳輸。需要在變電所內(nèi)增設(shè)監(jiān)控分站，實現(xiàn)綜合保護(hù)器通訊問題。采集到的低壓供電系統(tǒng)無法實現(xiàn)信號采集、遠(yuǎn)程操控等功能，需要在現(xiàn)有供電設(shè)備基礎(chǔ)上增加智能儀表、監(jiān)控模塊、通信模塊等。

2 變電所無人值守改造

2.1 高壓供電系統(tǒng)無人值守改造

高壓配電裝置為KGS1、綜合保護(hù)器為PA150，并配備有微機控制器，可以對高壓供電系統(tǒng)電壓、電流、頻率、功率等參數(shù)進(jìn)行采集，配備有分、合閘繼電器及繼電器狀態(tài)輸出線路。現(xiàn)場高壓供電系統(tǒng)具備無人值守硬件，僅需增設(shè)監(jiān)控通訊分站，即可實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及遠(yuǎn)程操控功能。具體構(gòu)建的高壓供電通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1。

圖1 高壓供電通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組

2.2 低壓供電系統(tǒng)無人值守改造

變電所內(nèi)采用的低壓配電裝置型號為KDC1，低壓斷路器型號為CM1，未裝配有測控儀表，現(xiàn)有的硬件條件無法滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控需要。

為了實現(xiàn)低壓供電系統(tǒng)無人值守，需要對供電系統(tǒng)硬件構(gòu)成進(jìn)行改造，為低壓斷路器增加配備電動控制操控機構(gòu)，根據(jù)相關(guān)要求，電動控制操作機構(gòu)要求與斷路器前段最小凈間距為94mm，但是現(xiàn)采用的低壓斷路器前段凈距離僅為75mm不能滿足電動控制操作機構(gòu)空間布置要求，需要對低壓開關(guān)柜進(jìn)行整體改造，難度較大。因此，在中央變電所內(nèi)僅布置電量采集裝置，在地面監(jiān)控中心對低壓系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，在配電回路中增加布置遠(yuǎn)程智能監(jiān)控模塊以及接觸器，實現(xiàn)對低壓供電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程斷、通路操作。

通過中央變電所高壓、低壓供電系統(tǒng)無人值守改造，可以實現(xiàn)對供電數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、傳輸以及遠(yuǎn)程控制功能。

3 地面監(jiān)控系統(tǒng)布置

3.1 地面監(jiān)控設(shè)備改造

在地面監(jiān)控中心內(nèi)增加布置1臺監(jiān)控主機，用以對變電所高壓、低壓供電系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)存儲、警報等功能。監(jiān)控主機與井下變電所電力監(jiān)控分站間信息傳輸采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行，監(jiān)控主機可以顯示采集到的高、低壓供電配電設(shè)備運行狀況，并遠(yuǎn)程進(jìn)行操作。

監(jiān)控主機用監(jiān)控軟件顯示中央變電所內(nèi)配電設(shè)備、供電系統(tǒng)運行參數(shù)，便于地面監(jiān)控中心人員及時掌握供電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)存在異常時監(jiān)控主機在發(fā)出預(yù)警信息同時自動保護(hù)，預(yù)防井下供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障；根據(jù)自動化控制數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程遙控供電系統(tǒng)運行，實現(xiàn)變電所供電無人值守，便于礦井領(lǐng)導(dǎo)及時掌握井下供電信息。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

供電系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備包括有電力監(jiān)控分站(KJ736-F)、RS485總線、電量采集模塊及智能儀表等?，F(xiàn)場監(jiān)測到的供電參數(shù)通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸至地面監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲及轉(zhuǎn)發(fā)。現(xiàn)階段礦井已經(jīng)完成井下光纖工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建，傳輸介質(zhì)為阻燃光纜。具體礦井構(gòu)架的變電所無人值守系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。

圖2 礦井的變電所無人值守系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)功能

根據(jù)礦井井下供電實際情況，并結(jié)合礦井信息化供電系統(tǒng)構(gòu)建需要，通過對高、低壓配電裝置改造，實現(xiàn)了井下變電所無人值守，具體可以實現(xiàn)的功能為：1)具備遠(yuǎn)程配電設(shè)備運行狀態(tài)采集、信息傳輸以及遠(yuǎn)程控制功能；2)遠(yuǎn)程監(jiān)控參數(shù)整定，監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲及歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢功能；3)將監(jiān)測到的供電系統(tǒng)運行參數(shù)、狀態(tài)以曲線、圖表、動畫等形式表現(xiàn)；4)遠(yuǎn)程與變電所內(nèi)人員進(jìn)行通話，；5)自動對供電系統(tǒng)故障診斷，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)停電后備用電源自動啟動確保系統(tǒng)持續(xù)運行時間在2h以上；6)可以防止供電系統(tǒng)中饋電開關(guān)越級跳閘，造成開關(guān)出現(xiàn)誤動作。

4 總結(jié)

1)在礦井井下變電所內(nèi)采用無人監(jiān)控值守監(jiān)控系統(tǒng)過后，可以在地面監(jiān)控中心內(nèi)掌握井下變電所內(nèi)供配電設(shè)備運行參數(shù)、運行狀態(tài)，以便依據(jù)變電所供配電設(shè)備運行狀態(tài)安排專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，提升供電系統(tǒng)安全性、可靠性。

2)將井下供電監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在監(jiān)控中心服務(wù)器內(nèi)，便于后期調(diào)用，為礦井制定生產(chǎn)決策提供一定參考，同時在變電所實現(xiàn)供電無人值守后，不需要安排專門值守人員，節(jié)省人力資源投入。

3)在井下變電所無人值守系統(tǒng)應(yīng)用中充分利用現(xiàn)有配電設(shè)備，降低無人值守應(yīng)用費用投入。