礦井變電站智能化運行控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

郭 婷

（潞安化工集團司馬煤業(yè)公司，山西 長治 046011）

隨著礦井生產(chǎn)自動化和電氣化程度的不斷提高，設(shè)備運行時對供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的需求不斷提升，作為礦井供電的核心，變電站的運行穩(wěn)定性越來越受到重視。 為確保供電安全，煤礦供電部門需要安排專門的巡視人員對各變電站的運行情況進(jìn)行不間斷巡視，但由于礦井變電站的布局較為分散，采用人工巡檢的方式不僅效率低而且效果差，無法及時發(fā)現(xiàn)變電站運行時的隱患，導(dǎo)致變電站實際運行時的故障率高，給礦井的供電安全帶來了較大的威脅。

根據(jù)煤礦供電安全的需求并結(jié)合智能控制技術(shù)的發(fā)展，本文提出了一種新的礦井變電站智能控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)通過信息網(wǎng)絡(luò)將不同區(qū)域的變電站納入統(tǒng)一的控制系統(tǒng)內(nèi)，對各變電站運行時的信息進(jìn)行全面監(jiān)控和分析，對異常信號進(jìn)行判別和報警，不僅能夠及時發(fā)現(xiàn)運行時的隱患故障，而且能夠在故障發(fā)生時快速定位故障位置和原因，幫助實現(xiàn)故障的快速排除。 根據(jù)實際應(yīng)用表明該智能控制系統(tǒng)能夠?qū)⒆冸娬具\行故障率降低98.3%，實現(xiàn)變電站的“無人化”值守控制，提升了礦井供電的安全性和可靠性。

1 變電站智能控制系統(tǒng)

為了滿足變電站智能控制的需求，該系統(tǒng)需要能夠?qū)崿F(xiàn)對不同區(qū)域變電站運行參數(shù)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)集中處理，同時需要能夠根據(jù)礦井用電的狀態(tài)，實時調(diào)整各變電站的工作輸出，需要考慮系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理效率和系統(tǒng)運行的安全性。 因此，本文所提出的變電站智能控制系統(tǒng)采用了集控主站+ 受控分站的雙層控制模式，在滿足對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，通過增加電子巡檢、數(shù)據(jù)異常分析對比模式，實現(xiàn)對礦井各變電站的集中控制，該變電站智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 變電站智能控制系統(tǒng)

由圖1 可知，該變電站智能控制系統(tǒng)的集控主站主要包括了2 組SCADA （數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）[2]及兩個前置主機，兩個前置主機采用一備一用的模式。 兩個主機采用了數(shù)據(jù)同步的控制模式，主機內(nèi)的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r共享，當(dāng)一個主機出現(xiàn)問題后能夠在極短的時間內(nèi)切換到另一個主機，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 綜合操作屏位于地面監(jiān)控中心內(nèi)，主要用于顯示變電站的實時運行狀態(tài)，操作人員可以通過該操作屏進(jìn)行系統(tǒng)運行狀態(tài)調(diào)整，提高礦井供電系統(tǒng)運行的可靠性。

受控子站主要是設(shè)置在變電站處，包括測控保護(hù)裝置、 防誤閉鎖模塊、 視頻傳輸模塊三個部分，主要對各變電站進(jìn)行測控保護(hù)、 防閉鎖保護(hù)等；同時對各變電站的運行參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果通過光纖通道傳遞給集控主站，滿足系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)監(jiān)測連續(xù)性和可靠性的需求。

2 系統(tǒng)運行故障診斷系統(tǒng)

由于系統(tǒng)同時對多個變電站進(jìn)行監(jiān)測，數(shù)據(jù)信息量大。 因此，為了確保系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，在該智能控制系統(tǒng)中增加了變電站運行狀態(tài)智能診斷模塊，該模塊的核心作用是對各變電站的運行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩查，及時識別故障類型、故障位置并判斷故障的影響范圍，及時進(jìn)行故障預(yù)警，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，該故障運行智能診斷模塊的運行邏輯如圖2 所示。

圖2 變電站運行狀態(tài)智能診斷系統(tǒng)

由圖2 可知，在該智能判別邏輯內(nèi)，智能化監(jiān)控系統(tǒng)首先會對所有變電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，將不同的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行一一比對，然后對異常的比對結(jié)果進(jìn)行隔離和分析，確定異常數(shù)據(jù)的原因和故障位置，然后發(fā)出報警信息，提醒監(jiān)測人員進(jìn)行故障排除；故障排除后由監(jiān)測人員進(jìn)行手動進(jìn)行異常問題關(guān)閉。 由于系統(tǒng)采用了故障自動分析和定位的智能化處理邏輯，因此能夠?qū)崿F(xiàn)故障的快速排除，解決了傳統(tǒng)靠人工排查效率低、精度差的不足。 根據(jù)統(tǒng)計采用故障自動定位后，單個故障的處理時間由最初的8.4 min降低到了目前的1.2 min，處理時間降低了85.7%。

同時該故障智能診斷系統(tǒng)能夠根據(jù)實際需要，輸出某一時間段內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯性，為變電站的維護(hù)提供技術(shù)指導(dǎo)。

3 系統(tǒng)防誤閉鎖控制

防誤閉鎖控制系統(tǒng)主要作用是對各類操作信號進(jìn)行二次確認(rèn)，防止由于誤操作而導(dǎo)致的系統(tǒng)運行異常，該控制系統(tǒng)的防誤閉鎖控制邏輯如圖3所示[3]。

圖3 防誤閉鎖控制系統(tǒng)

由圖3 可知，當(dāng)控制人員通過監(jiān)測系統(tǒng)向各變電站發(fā)出調(diào)整控制信號后，信息必須通過微機防誤主機的檢查、分析，確定信號類型是否滿足系統(tǒng)控制安全性的需求，若控制指令不合理或者可能會導(dǎo)致系統(tǒng)故障，則防誤主機會自動對數(shù)據(jù)指令進(jìn)行隔離，防止傳輸?shù)较乱粋€控制階段。

防誤閉鎖控制系統(tǒng)是變電站智能控制系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中設(shè)置有安全密鑰，每個密鑰都是一段特定的安全代碼，只有數(shù)據(jù)指令符合安全代碼時才能夠?qū)Ψ勒`閉鎖系統(tǒng)進(jìn)行解鎖，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步傳遞[4]。 為了提高系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，在操作的過程中工程技術(shù)人員可以根據(jù)系統(tǒng)的時間情況和運行特性選擇設(shè)置不同的控制閾值，提高變電站智能控制系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和安全性。

4 變電站智能巡檢系統(tǒng)

由于各處變電站所處的工作環(huán)境較差且分散，在采用智能控制系統(tǒng)后能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站運行狀態(tài)的數(shù)字信號分類處理和監(jiān)測，但對其周圍環(huán)境的監(jiān)測依然存在較大的不足。 為了解決采用靜態(tài)監(jiān)測盲區(qū)大、靈活性差的缺陷，本文提出了一種新的動態(tài)智能巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€變電站進(jìn)行智能動態(tài)巡檢，也可以根據(jù)實際情況實現(xiàn)智能重點巡檢，有效消除監(jiān)測死角，提高對變電站運行環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確性，該動態(tài)智能巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示[5]。

圖4 動態(tài)智能巡檢系統(tǒng)

由圖4 可知，該智能巡檢系統(tǒng)上包括了溫度傳感器、補光LED燈、超聲波雷達(dá)傳感器、煙霧傳感器、喇叭與拾音器、廣角雙視云臺等。 通過氣體監(jiān)測裝置對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的氣體情況進(jìn)行監(jiān)測，通過溫度監(jiān)測裝置對變電站的工作溫度進(jìn)行檢查，防止部分區(qū)域故障導(dǎo)致溫度急劇升高，影響使用安全。 煙霧傳感器主要用于檢測區(qū)域內(nèi)變電站區(qū)域是否發(fā)生火災(zāi)等，廣角雙視云臺主要用于對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行高清視頻監(jiān)控。

動態(tài)智能巡檢系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后對區(qū)域內(nèi)的情況進(jìn)行匯總，確定是否處于安全狀態(tài)，并將監(jiān)測結(jié)果傳遞到變電站智能控制系統(tǒng)的終端，便于監(jiān)控人員對各監(jiān)測區(qū)域情況的實時掌握。

該變電站智能化運行控制系統(tǒng)自部署以來，表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了對區(qū)域內(nèi)變電站的集中監(jiān)測和控制，故障的自動處理和預(yù)警，不僅取消了巡檢員的崗位，實現(xiàn)了礦區(qū)變電站的“無人化”值守作業(yè)，而且將整個系統(tǒng)的運行故障率降低了98.3%，對提升礦井供電安全性和經(jīng)濟性具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

為了解決礦井變電站采用人工巡檢效率低、可靠性差的不足，利用智能化控制理論對礦井變電站進(jìn)行優(yōu)化升級，實現(xiàn)變電站運行狀態(tài)的智能監(jiān)測和控制，對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

1）變電站智能控制系統(tǒng)采用了集控主站+ 受控分站的雙層控制模式，在滿足對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，通過增加電子巡檢、數(shù)據(jù)異常分析對比模式，實現(xiàn)對礦井各變電站的集中控制。

2）系統(tǒng)采用了故障自動分析和定位的智能化處理邏輯，能夠?qū)崿F(xiàn)故障的快速排除，單個故障的處理時間降低了85.7%。

3）該智能控制系統(tǒng)將變電站運行故障率降低了98.3%，實現(xiàn)了變電站的“無人化”值守控制，提升了供電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性。