電力集控在銅礦中的應(yīng)用

周祥 初琪 楊波 趙恩龍 馬心偉

引言

電力集控技術(shù)在整體電力系統(tǒng)的運(yùn)作管理中已經(jīng)具備了廣泛的應(yīng)用，在銅礦開采工作進(jìn)行時，原先銅礦供電系統(tǒng)相對簡單，在現(xiàn)有的有色金屬開采企業(yè)中具備較少的普及度，而隨著近年來，我國工業(yè)體系銅礦年產(chǎn)量的逐漸上升，銅礦開采過程中，整體的供電系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從以往的單一變電站供電模式進(jìn)行了擴(kuò)展，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)有多個變電站同時參與供電供能，這也可以得出我國現(xiàn)今銅礦產(chǎn)業(yè)過程中，基于銅礦的產(chǎn)量提升，生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，單獨(dú)的變電站供電已經(jīng)難以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而多樣化的運(yùn)營系統(tǒng)供電也對相關(guān)操作人員的管理素養(yǎng)和技能水平提出了一定的挑戰(zhàn)，管理人員操作不當(dāng)，或監(jiān)管不到位，會對礦井的日常運(yùn)作和生產(chǎn)過程埋下一定的安全隱患。因此，基于銅礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大化，功能系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)張和生產(chǎn)水平的不斷提升，需要采取一定的措施來保證銅礦生產(chǎn)過程中供電系統(tǒng)能安全可靠運(yùn)行，電力集控中心的建設(shè)和電力集控技術(shù)的應(yīng)用能幫助改善目前銅礦供電系統(tǒng)過程中由于變電站規(guī)模擴(kuò)大和管理人員素質(zhì)差異而造成的相關(guān)問題。

一、對某有色金屬企業(yè)銅礦生產(chǎn)供電現(xiàn)狀介紹

某公有色金屬公司電力系統(tǒng)建設(shè)了1座110kV變電站，設(shè)2臺80MVA主變，有110kV、35kV及10kV三個電壓等級；分別在3660工業(yè)場地和尾礦庫庫區(qū)建設(shè)了1座35kV變電站。根據(jù)電力系統(tǒng)的分級調(diào)度管理體制，110kV變電站110kV電壓等級由供電局地調(diào)度中心調(diào)度，其他電壓等級及2座35kV變電站和6kV以上變配電室自行管理。

工程達(dá)產(chǎn)最大負(fù)荷約76.7MW，最大負(fù)荷利用小時數(shù)約5476小時，年均用電量約4.5億kWh。為了滿足以電為主的用能需求，確保能源供應(yīng)和用能質(zhì)量，需要對目前的電力系統(tǒng)及主要用能設(shè)備進(jìn)行全過程、全數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制和統(tǒng)一調(diào)度，幫助電力調(diào)度和專業(yè)管理人員實(shí)時掌握系統(tǒng)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和處理供電故障、及時了解真實(shí)的能耗情況，確保能源供給最佳運(yùn)行。

二、電力集控系統(tǒng)的組成

在相關(guān)企業(yè)進(jìn)行電力運(yùn)作和電力穩(wěn)定調(diào)控過程中，電力遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的操控和管理作用，其運(yùn)作核心是集控自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立和完善需要多臺設(shè)備的組成支撐，在系統(tǒng)的準(zhǔn)備和起始階段，需要設(shè)定設(shè)備運(yùn)行的正常狀態(tài)，以便在后期對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)調(diào)控時能區(qū)分設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常，因此，在系統(tǒng)的準(zhǔn)備和起始階段需要將設(shè)備正常運(yùn)行時相關(guān)數(shù)據(jù)信息錄入系統(tǒng)中。在系統(tǒng)的運(yùn)作過程中，當(dāng)某設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)終端操控集控系統(tǒng)，通過對比實(shí)時狀態(tài)下的設(shè)備運(yùn)行時的信息輸入和工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不再維穩(wěn)，發(fā)生了變化，就能自動判斷該故障的起始設(shè)備位置，甚至可以通過對比具體的運(yùn)行數(shù)據(jù)差異，判斷具體的故障狀態(tài)和相關(guān)原因，通過該分析指導(dǎo)和幫助有關(guān)人員開展維修工作，若本身故障造成的影響較小，或者故障本身屬于非急性故障，那么可以通過系統(tǒng)自動化的狀態(tài)調(diào)整或者數(shù)據(jù)信息調(diào)控進(jìn)行自動維修，若是在發(fā)生較大故障的狀況下，則需要相關(guān)維修人員介入[1]，進(jìn)行搶修和幫助恢復(fù)生產(chǎn)。電力系統(tǒng)集控技術(shù)既可用于單獨(dú)的電力供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行相關(guān)的電力技術(shù)操作，也可用于部分企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)過程中，對于有色金屬公司的運(yùn)作體系而言，在銅礦生產(chǎn)過程中，相關(guān)電力系統(tǒng)運(yùn)作的復(fù)雜化和變電站設(shè)備運(yùn)作數(shù)目的增加，其應(yīng)當(dāng)具備與電力集控系統(tǒng)集成運(yùn)作的功能性。除此以外，電力集控系統(tǒng)同時包括數(shù)據(jù)平臺，顯示系統(tǒng)與人員監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)平臺是整體電力系統(tǒng)運(yùn)作的平臺支撐，通過相關(guān)平臺能統(tǒng)領(lǐng)整體的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時，有關(guān)人員首先需從數(shù)據(jù)平臺入手進(jìn)行初步的勘察和故障判斷，快速找出事故原因，試圖進(jìn)行生產(chǎn)的恢復(fù)；而顯示系統(tǒng)則能實(shí)現(xiàn)實(shí)時的設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)信息的直觀展現(xiàn)過程，體現(xiàn)設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)，幫助管理人員對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)測，顯示系統(tǒng)的功能，就其目的性而言，與實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)存在互補(bǔ)性和互通性；監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同樣能幫助有關(guān)人員實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的設(shè)備監(jiān)測和運(yùn)行過程。

三、系統(tǒng)建設(shè)方案

其一，要求提升電力系統(tǒng)的供電運(yùn)行水平，減少由于能源供應(yīng)短缺而造成的停電現(xiàn)象，減少停電次數(shù)和單次停電耗費(fèi)的時間，并降低其對于電力系統(tǒng)運(yùn)作和銅礦開采過程中出現(xiàn)的一系列生產(chǎn)損失，在電力系統(tǒng)運(yùn)作過程中，要求實(shí)現(xiàn)故障的自動隔離和分類處理，進(jìn)而減小企業(yè)生產(chǎn)范圍內(nèi)的停電故障影響，在電能供應(yīng)故障區(qū)域需及時有效處理故障問題，盡快恢復(fù)供電，弱化停電問題對于非故障區(qū)域的運(yùn)作影響。

其二，在電力系統(tǒng)運(yùn)作過程中，對于相關(guān)實(shí)時的電力調(diào)控數(shù)據(jù)需要及時收集，在企業(yè)系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和設(shè)備的互補(bǔ)，幫助實(shí)現(xiàn)電力調(diào)節(jié)和控制的一體化運(yùn)作。

其三，在供電系統(tǒng)運(yùn)作過程中需要實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，幫助改善電壓的運(yùn)作平穩(wěn)度，實(shí)現(xiàn)電壓供能的安全性，同時需要實(shí)現(xiàn)整體電力系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性。

其四，為幫助實(shí)現(xiàn)公司電力系統(tǒng)的電能損耗問題，在電力系統(tǒng)運(yùn)作過程中，通過對整體的變電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的調(diào)控和運(yùn)作，優(yōu)化供電系統(tǒng)運(yùn)作結(jié)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)時的運(yùn)作配置影響，從源頭盡可能降低本身的電力集控過程的能源消耗。

其五，電力系統(tǒng)運(yùn)作過程中，需要實(shí)現(xiàn)對于供電系統(tǒng)進(jìn)行配置的優(yōu)化和管理的細(xì)化，需要提升各變電站的運(yùn)作性能，進(jìn)而細(xì)化提升各單位的供電設(shè)備的利用率和運(yùn)作有效性，降低故障發(fā)生率，提升運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的集約化和有效性運(yùn)作。

其六，在某有色金屬公司運(yùn)作過程中通過對實(shí)時的變電站供電運(yùn)作進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)控，同時也通過對整體的電力系統(tǒng)運(yùn)作進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化和細(xì)化管理，搜集相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，反饋到領(lǐng)導(dǎo)的電力系統(tǒng)運(yùn)作決策上，進(jìn)而完成科學(xué)的設(shè)備配備工作，供能配比和配電系統(tǒng)的規(guī)劃工作，為整體企業(yè)的建設(shè)做出數(shù)據(jù)支撐和決策服務(wù)[2]。

其七，在某有色金屬公司成功開展上述工作和達(dá)到相應(yīng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過對整體的電力系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃和有效的配比調(diào)控工作，幫助其實(shí)現(xiàn)科技型企業(yè)創(chuàng)新，通過對供電系統(tǒng)開展自動化管理，真正提升企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，實(shí)現(xiàn)管理過程的有效性，進(jìn)而將管理水平和調(diào)控技術(shù)的提升反饋到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益問題上，以提升公司的各項(xiàng)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)收益。

其八，在某有色金屬公司的電力系統(tǒng)調(diào)控過程中，通過對整體的電力系統(tǒng)調(diào)控工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化調(diào)控和整體化運(yùn)作，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公和監(jiān)控，在管理人員進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽和數(shù)據(jù)監(jiān)控工作時，完全能夠在不受地理限制的情況下，遠(yuǎn)程對數(shù)據(jù)和電力情況進(jìn)行收集和調(diào)控工作，同時該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也較好地保障了管理人員的人身安全問題，降低了相關(guān)工作時的意外事件發(fā)生概率。管理人員在遠(yuǎn)程終端就電力系統(tǒng)的運(yùn)作狀況對系統(tǒng)進(jìn)行訪問，查看實(shí)時監(jiān)控畫面，相關(guān)人員可以通過手機(jī)或是電腦查詢供電系統(tǒng)運(yùn)作過程中的各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)而判斷供電系統(tǒng)運(yùn)作是否正常、平穩(wěn)和有序，實(shí)時了解變電站運(yùn)營狀況。

其九，信息收發(fā)功能，對于相關(guān)系統(tǒng)各部分的運(yùn)作進(jìn)行調(diào)控時，需要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)分門別類、發(fā)送和調(diào)節(jié)，將重要的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到不同的管理人員終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，同時也幫助實(shí)現(xiàn)了管理的及時性和細(xì)致化，提升了公司的管理水平。

四、方案建設(shè)細(xì)則

（一）方案的架構(gòu)工作

根據(jù)對公司的運(yùn)作狀況和管理水平進(jìn)行的排查和調(diào)研工作，在本方案設(shè)計過程中，考慮采用開放式系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，同時采取具備分布式可集約化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行系統(tǒng)的細(xì)化工作。

電力系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)需要多種硬件設(shè)備支持，在硬件的接口要求上，必須符合國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)工作的標(biāo)準(zhǔn)化。而就供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集相關(guān)設(shè)備的等重要結(jié)構(gòu)單元而言，需要采取冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行配置，在整體電力系統(tǒng)正常運(yùn)作時，各結(jié)構(gòu)單元需要幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)符合的分?jǐn)偤途鶖偦?，因此就相關(guān)服務(wù)器設(shè)備而言，整體服務(wù)器應(yīng)無主次要求分別。當(dāng)其中一臺服務(wù)器設(shè)備出現(xiàn)故障時，或者部分服務(wù)器設(shè)備出現(xiàn)整體運(yùn)營停滯狀況時，要求將故障服務(wù)器設(shè)備的負(fù)責(zé)功能板塊和收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分?jǐn)倐魉秃驼w維護(hù)，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)狡渌梢哉＿\(yùn)作的服務(wù)器設(shè)備上，保障系統(tǒng)的有序運(yùn)作，不至于由于一臺服務(wù)器故障而造成整體的系統(tǒng)運(yùn)作停滯。若是出現(xiàn)整體的服務(wù)器癱瘓或者是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集功能的服務(wù)器全部發(fā)生運(yùn)作故障時，相關(guān)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)信息能夠有序轉(zhuǎn)移到其他的運(yùn)作節(jié)點(diǎn)中，避免系統(tǒng)癱瘓，保證有效運(yùn)行[3]。

在整體的系統(tǒng)運(yùn)作過程中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建工作實(shí)現(xiàn)了細(xì)節(jié)化，應(yīng)用雙重網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在設(shè)備的負(fù)載運(yùn)營工作中幫助實(shí)現(xiàn)平衡和細(xì)致化調(diào)節(jié)，在此過程中，單一的網(wǎng)絡(luò)故障問題將通過設(shè)備的分載和調(diào)控，幫助將故障問題的影響降至最低，將系統(tǒng)的實(shí)時轉(zhuǎn)換提升至較高水平，由此可知，單一的網(wǎng)絡(luò)故障將不再影響到系統(tǒng)的整體運(yùn)作水平，而在面對復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)作流程問題時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也需實(shí)現(xiàn)調(diào)整和轉(zhuǎn)換，通過對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有取舍的分壓和負(fù)載操作來降低故障的影響。

在整體的電力系統(tǒng)運(yùn)作過程中，需要考慮采用具備開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)與供電系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)系統(tǒng)能進(jìn)行有效的聯(lián)系和通訊便利性，同時也需要允許電力系統(tǒng)外相關(guān)終端對于系統(tǒng)本身的訪問操作，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的開放性。

在整體的系統(tǒng)運(yùn)作過程中，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建需要具備一定的擴(kuò)容體系，便于在系統(tǒng)中進(jìn)行深化和細(xì)化，避免系統(tǒng)在后續(xù)工作過程中，產(chǎn)生軟件系統(tǒng)需要時，由于容量問題而影響工作進(jìn)程，包括由于時間同步和人員管理層面的調(diào)控體系等構(gòu)成的集控中心硬件架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，同時也包括集控主站，變電站子端，網(wǎng)絡(luò)傳輸通道等部分，幫助實(shí)現(xiàn)整體供電供能系統(tǒng)的合理有序運(yùn)行。

（二）系統(tǒng)主站硬件設(shè)備一覽

系統(tǒng)主站硬件設(shè)備主要由以下幾部分組成，其一，具備中心主站設(shè)備，中心主站設(shè)備主要包括如采集服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和SCADA服務(wù)器等系統(tǒng)設(shè)備；其二，具備常態(tài)化監(jiān)控設(shè)備以及操作支撐設(shè)備，上述設(shè)備也需要支持?jǐn)?shù)據(jù)的維修反饋和報表支撐工作等；其三，維穩(wěn)設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備以及局域網(wǎng)服務(wù)器等；其四，光纖接入設(shè)備；其五；具備可持續(xù)性的電源供能系統(tǒng)。電力系統(tǒng)由上述設(shè)備組成的前提下，需要具備跨平臺安裝和操作的能力，因此需要有LINUX系統(tǒng)的支撐，利用LINUX系統(tǒng)的高安全性和高便捷性，來滿足供電系統(tǒng)工作過程中的一系列操作需要，提升操作成效，而在實(shí)際的操作流程中，相關(guān)設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)冗余配置化，保證單一故障的發(fā)生不會影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，各項(xiàng)操作流程和系統(tǒng)運(yùn)作過程都需要滿足電力二次系統(tǒng)的相關(guān)安全規(guī)范，由此保證工作人員的安全和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)性；最后，電力系統(tǒng)設(shè)備需要具備遠(yuǎn)程的監(jiān)控和操作功能，相關(guān)管理人員基于時間、空間限制難以進(jìn)行實(shí)時的操作轉(zhuǎn)換和維護(hù)維穩(wěn)，因此需要具備遠(yuǎn)程操作功能來保證整體電力系統(tǒng)能正常運(yùn)作。

（三）系統(tǒng)操作的實(shí)施細(xì)則

在對SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行操控和數(shù)據(jù)處理工作時，在除去實(shí)時的監(jiān)控信息板塊后，需要對相關(guān)信息進(jìn)行儲存，以便后續(xù)的報表處理和數(shù)據(jù)查詢操作，相關(guān)儲存的數(shù)據(jù)也可用于領(lǐng)導(dǎo)層的決策工作，SCADA系統(tǒng)能幫助實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的存儲和查詢功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時化操控。

在電力集控系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，對一系列供電系統(tǒng)內(nèi)各對象實(shí)行管轄責(zé)任制度，對相關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行權(quán)限操控，對相關(guān)屬性實(shí)施衡量和操控，在各個級別層面，用戶需要對有限的節(jié)點(diǎn)范圍實(shí)行分對象操作和分區(qū)域操作，對不同的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行操作的細(xì)化，同時要對用戶設(shè)置訪問級別和限定相關(guān)訪問權(quán)限，各級別用戶僅能在其職責(zé)和權(quán)限范圍內(nèi)對電力集控系統(tǒng)進(jìn)行訪問和開展相關(guān)操作，對于不同的操作人員，應(yīng)針對不同的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和負(fù)責(zé)板塊，實(shí)現(xiàn)操作的專一化和細(xì)致化，同時上述操作細(xì)則的開展也體現(xiàn)了操作流程的有限責(zé)任制，在某一部分設(shè)備出現(xiàn)故障時，能夠有針對性地落實(shí)相關(guān)人員細(xì)則問題。

在電力集控系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，WEB系統(tǒng)服務(wù)是實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)查詢功能進(jìn)行聯(lián)系和擴(kuò)展，使各單位能對系統(tǒng)產(chǎn)生有序的訪問和便捷的措施要求。在相關(guān)訪問要求外，對于終端計算機(jī)用戶而言，WEB服務(wù)的準(zhǔn)入門檻較低，用戶端無須安裝任何控制插件，在進(jìn)行信息的瀏覽和操控過程時僅僅需要在用戶端計算機(jī)中安裝相關(guān)瀏覽器即可。

在電力集控系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，對相關(guān)站點(diǎn)的運(yùn)行過程需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和保護(hù)操作，需設(shè)置相應(yīng)的后端監(jiān)控平臺，將變電站的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌管理和規(guī)劃安排，需要設(shè)定信息流通和運(yùn)輸平臺，將設(shè)備相關(guān)信息傳送至后臺進(jìn)行分析和處理工作，由于各變電站信息相對獨(dú)立，因此在實(shí)際的操作過程中需要設(shè)置遠(yuǎn)程通信裝置，在集控中心同樣需要設(shè)置終端通訊設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對各變電站的人員安排和統(tǒng)籌規(guī)劃工作，保證整體通信工作的流暢性和相關(guān)指令下達(dá)的完整性。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要在整體變電站已有設(shè)備下設(shè)置通訊機(jī)，將變電站子站的通訊數(shù)據(jù)通過通訊機(jī)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)信息遙控。

結(jié)束語

本文通過對某有色金屬公司的相關(guān)變電構(gòu)建進(jìn)行分析，從電力集控系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)涵角度出發(fā)，分析和闡述電力集控系統(tǒng)的組成和運(yùn)行方式，在電力遠(yuǎn)程系統(tǒng)的運(yùn)作過程中，降低人力資源投入和事故發(fā)生概率，優(yōu)化變電站子站管理，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益，改善企業(yè)的運(yùn)行管理模式，實(shí)現(xiàn)智慧化運(yùn)行。