煤礦地面變電所中自動化系統(tǒng)的應用

＊李歡歡

（山西三聚盛輸變電工程有限公司 山西 030024）

經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學技術(shù)的不斷進步，人們對電力資源的整體需求量一直在不斷增加。為了滿足新時期背景下各方面提出的個性化需求，要對先進技術(shù)手段進行引進和利用，實現(xiàn)對自動化系統(tǒng)以及對應技術(shù)、軟件的合理利用，以此來提高供電的效率、質(zhì)量。煤礦電氣自動化對企業(yè)生產(chǎn)成本的管理和控制而言具有非常重要的影響和作用，能夠促使企業(yè)自身的核心競爭力得到有效提升，為企業(yè)的安全性、穩(wěn)定性提供保證。同時對煤礦地面的變電所可以展開自動化改造和升級處理，以此來滿足目前新形勢背景下對企業(yè)生產(chǎn)成本管理和控制中提出的一系列要求，促使煤礦生產(chǎn)效率得到有效提升，為井下、井上供電的安全性提供保證。

1.煤礦企業(yè)采用電氣自動化技術(shù)的重要性

從電氣自動化技術(shù)的發(fā)展來看，該技術(shù)涵蓋了儀器技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等多項技術(shù)。通過電氣自動化技術(shù)的應用，煤礦企業(yè)將優(yōu)化原有的生產(chǎn)工藝，促進煤礦企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)升級。如今，依靠自動化技術(shù)的廣泛應用，國內(nèi)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)工藝水平得到了極大的改善和優(yōu)化。然而，隨著近年來國內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)事故的頻繁發(fā)生，煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況越來越引起人們的關(guān)注。因此，煤礦企業(yè)應重視自動化技術(shù)的發(fā)展，努力將先進的自動化技術(shù)應用到企業(yè)的生產(chǎn)實踐中，實現(xiàn)落后技術(shù)的有效替代。原有的電氣自動化技術(shù)顯然難以充分發(fā)揮電氣自動化技術(shù)的優(yōu)勢，這就需要根據(jù)煤礦企業(yè)的實際生產(chǎn)需要對電氣自動化技術(shù)進行升級，使電氣自動化設備的功能得到充分發(fā)揮。電氣自動化技術(shù)由硬件和軟件組成。煤礦生產(chǎn)中需要控制的元件設置在電氣自動化系統(tǒng)中。電氣自動化系統(tǒng)監(jiān)控煤礦生產(chǎn)的全過程，對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)實施有效控制。隨著煤礦生產(chǎn)電氣自動化控制能力的提高，不僅可以保證煤礦生產(chǎn)的安全運行，而且可以提高煤礦生產(chǎn)效率。由此可見，電氣自動化技術(shù)在煤礦企業(yè)中的作用非常關(guān)鍵，其重要性可見一斑。

2.地面供電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

近年來，礦山開采規(guī)模一直在不斷擴大，對于礦山上下的供電系統(tǒng)提出的要求越來越高。對新井煤礦來說，其中包含7個礦區(qū)，任何一個礦區(qū)當中都會涉及到多個分區(qū)變電站，其可以為工作面提供可靠的電力資源作為支持。該系統(tǒng)在應用過程中，不僅整個分布范圍相對比較廣，而且涉及到的設備種類也比較多，同時距離相對比較遠。由于供電事故的發(fā)生率越來越高，經(jīng)常會出現(xiàn)相同事故反復發(fā)生的問題，比如多次出現(xiàn)開關(guān)誤動、拒動等情況，進而引起大規(guī)模的停電。針對各種不同類型的事故進行處理時，由于目前現(xiàn)有的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)不完善，所以事故的發(fā)生位置以及具體原因并不是很明確，很容易就會引起二次供電事故。供電系統(tǒng)在恢復時，需要耗費的時間比較長，對礦井的生產(chǎn)安全也會帶來不良影響。所以針對微機供電系統(tǒng)進行合理利用，對該系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行全面的診斷和自動斷電是必要的。因此，該系統(tǒng)的引入可以減少非計劃停電和空氣中斷，有效遏制瓦斯積聚的發(fā)生，提高煤礦的安全可靠性。

(2)系統(tǒng)配置特點

變壓器一直以來都是變電站中必不可少的重要基礎(chǔ)設備之一，變壓器在投入正式使用時，一般可以將其劃分為三繞組、雙繞組以及自耦變壓器這幾種類型，其中匝數(shù)與電壓之間呈現(xiàn)出正比關(guān)系，而與電流之間則以反比關(guān)系為主。電流互感器、電壓互感器在應用過程中，其原理與變壓器之間具有相似之處，普遍都是直接將高電壓的設備或者是母線運行電壓進行有效連接，母線或者是短路電流則需要嚴格按照現(xiàn)有比例要求進行處理，將其作為繼電保護以及測量時的重要使用工具，以此來為設備的電流以及電壓提供保證。對于開關(guān)設備來說，其中主要是以隔離開關(guān)、斷路器等各方面相互組合而成，系統(tǒng)如果處于正常工作狀態(tài)時，必須要將斷路器的開關(guān)閉合，一旦出現(xiàn)故障問題時，可以立即將故障設備與電路全部分離開來，對空氣開關(guān)等各種自動重合閘進行合理設置，以此來達到良好的效果。隔離開關(guān)在應用時，其根本目的是為保證設備處于檢修狀態(tài)時，可以針對電壓進行隔離處理，以此來為相關(guān)工作人員的人身安全提供保證，同時還可以保證電路在使用時的安全性、可靠性。

(3)軟件系統(tǒng)設計相關(guān)原則

地面供電自動化軟件系統(tǒng)在構(gòu)建和應用時，必須要結(jié)合電力自動化特征，促使該系統(tǒng)與SCDA系統(tǒng)之間可以實現(xiàn)高效結(jié)合。與此同時，在無人看守的形勢下，系統(tǒng)在運行時一旦出現(xiàn)故障問題必須要立即自動報警，避免造成更加嚴重的后果。更為重要的是要對系統(tǒng)是否具有自我修復能力或者是自我診斷功能進行確定，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性得到有效提升。在整個技術(shù)開發(fā)實施過程中，要對軟件自身面臨的對象進行綜合分析，對用戶提出的意見和建議進行考量，將用戶的角度作為出發(fā)點進行合理設計。

3.煤礦地面變電所自動化改造組成

煤礦地面變電所自動化改造以及組成中，涉及到的諸多因素條件，對整個地面變電所自動化系統(tǒng)在運行時的效果會產(chǎn)生影響。對于地面變電所自身對應的主接線系統(tǒng)而言，通常情況下都是以6kV進線2條、2組PT相互組合而成。母線方面主要是直接劃分為分段接線，出線40回，六礦的主要負荷全部需要承擔，對供電的整個可靠性要求普遍比較高[1]。結(jié)合改造升級之后的變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)而言，其主要是以DS-2000為主，后臺系統(tǒng)在運行時，能夠?qū)崿F(xiàn)與所有保護測控裝置、微機五防系統(tǒng)等相互之間的有效構(gòu)成，其中還會涉及到低壓配電系統(tǒng)等。對于其他各種不同類型的智能裝置而言，其自身不僅可以實現(xiàn)正常通訊，而且還可以實現(xiàn)有針對性的監(jiān)控，以此來實現(xiàn)與電力調(diào)度運動信號相互之間的有效傳輸。對運動通訊屏一面進行適當?shù)脑黾樱渲兄饕且阅孀冸娫囱b置、通訊管理機等相互組合而成，對模型參數(shù)識別方法進行合理利用，對故障前后的電網(wǎng)參數(shù)變化形勢進行跟蹤處理。通過這種方式在其中的合理利用，能夠盡量選擇符合現(xiàn)實要求的高壓漏電保護裝置，其自身的整個靈敏程度普遍比較高，速度也相對比較快，動作準確，有利于為后續(xù)的使用效果提供保證。根據(jù)實際情況進行分析時，對于改造的低壓柜而言，其有12面，可以適當?shù)脑黾与妱硬僮鳈C構(gòu)36臺，以此來實現(xiàn)遠動控制的根本目的[2]。根據(jù)實際情況的不同，在其中增加低壓智能保護模塊12臺，三相交流采集模塊總共有36臺，對電流、電壓等各相關(guān)參都可以實現(xiàn)實時有效的監(jiān)控和管理。

DS-2000后臺監(jiān)控系統(tǒng)在構(gòu)建和具體應用中，其對應所有的裝置在設置和利用時，通常都是直接按照工業(yè)級標準來進行科學合理的設計和利用，同時利用全封閉的防振機箱，無論是在防塵還是在防潮等各方面，其自身的整體能力普遍比較強。對通用的軟件或者是軟件平臺進行構(gòu)建和利用時，其自身可靠性普遍比較高，同時具有好的通用性特征。對INTEL、AD以及TI等各種不同類型的主流廠商工業(yè)級芯片進行科學合理的選擇和利用，其自身的可穩(wěn)定工作在整個寬度溫度工作范圍內(nèi)，通常可以控制在-10℃～70℃。CPU運行時，儲存器、數(shù)據(jù)儲存器等各種不同類型的零部件相互組合為一體，總線不出芯片[3]。對16位的A/D轉(zhuǎn)換以及無源低通濾波進行科學合理的引入和利用，其整個精準度普遍比較高，能避免保護功能過于依賴通信網(wǎng)。如果網(wǎng)絡呈現(xiàn)出癱瘓狀態(tài)，那么也能夠避免對正常運行產(chǎn)生不良影響。對各種不同類型的屏蔽、隔離等抗干擾措施進行合理利用，對通訊管理單元而言，其自身具有非常良好的電磁兼容性。需要注意的是在整個組屏過程中，并不會增加任何的抗干擾附件，裝置一般都會選擇利用整體面板方式進行操作，其自身的整個高度為標準的2U機箱。利用固定式方式進行內(nèi)部插件處理，安裝時則是以嵌入式為主，利用后接線方式進行線路連接，保證連接的穩(wěn)定性。

通訊管理機在構(gòu)建和應用時，以X86架構(gòu)硬件平臺為主。在WINDOWS XP Embedded的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，有利于將WINDOWS XP專業(yè)版屬性、功能最大化發(fā)揮出來。系統(tǒng)運行時，其內(nèi)核普遍比較小，系統(tǒng)資源的占用比例普遍比較小，啟動速度相對比較快，系統(tǒng)可以促使其保護功能得到不斷強化。

4.自動化系統(tǒng)在煤礦地面變電所中的具體應用策略

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前部分煤礦地面供配電自動化系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟。因此，煤礦井下采區(qū)供電綜合自動化系統(tǒng)是煤礦供電自動化系統(tǒng)的重要內(nèi)容。系統(tǒng)采用以計算機監(jiān)控為主，常規(guī)控制為輔的監(jiān)控方式。按無人值班變電所進行設計，各采區(qū)變電所的微機線路保護裝置安裝于各自的隔爆開關(guān)內(nèi)，保證裝置在斷電前的最后存儲信息能夠發(fā)送到變電所測控分站和地面主站進行保存，各保護單元相互獨立，互不影響，并能獨立完成其所在高爆開關(guān)的保護、測控等功能。在采區(qū)變電所設置測控分站，收集采區(qū)變電所內(nèi)各保護裝置的信息，進行現(xiàn)場處理后上傳，同時將監(jiān)控主機的指令和信息下達給各微機線路保護裝置。監(jiān)控主機與各采區(qū)變電所綜合自動化裝置的測控分站之間、各采區(qū)變電所的測控分站與測控分站之間均采用光纖連接，變電所的各保護裝置之間通過光纜通信適配器實行連接。國民經(jīng)濟近年來整體發(fā)展速度越來越快，電力負荷一直在增加，人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量和水平的提升，對電力資源提出了個性化需求。為了滿足人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)等各領(lǐng)域?qū)﹄娏Y源的需求，要保證供電的安全性、可靠性?；诖?，煤礦變電所要順應時代發(fā)展要求，實現(xiàn)有針對性的改革和創(chuàng)新，對自動化改造給予足夠關(guān)注和重視，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)在其中的合理利用，提高煤礦地面變電所在運行時的效率、質(zhì)量。

(1)監(jiān)控軟件應用

監(jiān)控軟件的應用，由于該軟件具有實時性、多任務性等特征，其可以實現(xiàn)接口開放，使用中具有靈活性、功能多樣性等特征，對變電站監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性可以提供保證。其通常是由多個不同類型功能模塊相互組合而成，模塊之間的通信、模塊與數(shù)據(jù)庫相互之間的通信等，基本上都是以數(shù)據(jù)庫內(nèi)部各種數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享、ODBC來進行有效操作。實時數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和應用，可以被看作是SCADA系統(tǒng)中必不可少的重要核心組成部分，有利于實現(xiàn)機器內(nèi)部各種不同類型應用程序?qū)崟r數(shù)據(jù)信息的交換處理。以網(wǎng)絡通訊程序的操作，促使實時數(shù)據(jù)能夠逐漸拓展到整個網(wǎng)絡中[4]。眾所周知，電力監(jiān)控軟件組成形式一般以集成軟件平臺為基礎(chǔ)，電力監(jiān)控軟件可以對各種不同類型的程序、軟件進行合理利用。其中包括圖形界面開發(fā)程序，該程序在主要是由自動化工程設計人員為了能夠保證自己的控制方案得以有效落實，對圖形進行編輯時的工具影響下，可以實現(xiàn)對圖形系統(tǒng)的建設和利用，依賴于整個開發(fā)環(huán)境。圖形界面運行程序在運行時，圖形目標系統(tǒng)通常會直接被圖形界面運行載入到對應的內(nèi)存中，以此來保證其運行的實時性、有效性。實時數(shù)據(jù)庫功能模塊在運行時，其主要功能作用是為了保證數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、維護等各方面功能能夠得到有效推進，是整個系統(tǒng)在建設和運行時的核心組成部分。通過對實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的利用，能夠?qū)﹄娏ψ詣踊到y(tǒng)的監(jiān)控、管理數(shù)據(jù)點的集合進行描述。網(wǎng)絡通信模塊目前監(jiān)控軟件系統(tǒng)在運行時的重要組成部分，同時也是保證網(wǎng)絡通信能夠?qū)崿F(xiàn)實時有效傳輸?shù)暮诵囊兀瑢W(wǎng)絡系統(tǒng)計算機相互之間的數(shù)據(jù)實時傳輸具有實質(zhì)性意義，有利于最大限度保證系統(tǒng)中涉及到的各節(jié)點數(shù)據(jù)的實時性、一致性。前置通信模塊運行時，有利于對終端采集設備、通信設備等對應各種保護測控裝置等進行有效推進。

(2)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件在煤礦地面變電所中的應用，以分層分布式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將設計對象的思想作為出發(fā)點，對間隔層、通信網(wǎng)絡一直到目前現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)等各方面進行綜合分析，為其提供相對比較完整、可靠的變電站自動化系統(tǒng)解決方案作為支持。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對比較清晰，獲取各種信息數(shù)據(jù)時具有一定的便利條件，維護中也具有簡便性。結(jié)合目前實際需求，對遠動的調(diào)度端進行選擇和利用，結(jié)合運行工況，實現(xiàn)自動化識別，對現(xiàn)場總線、工業(yè)等技術(shù)手段相互組合而成，實現(xiàn)對網(wǎng)絡實時有效的管理和控制。

(3)通信管理

科學技術(shù)的進步和快速發(fā)展，在目前國際領(lǐng)先實時多任務操作系統(tǒng)開發(fā)以及應用基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)通信管理。整個進程切換時間一般都是以微秒級為主，能夠盡量滿足目前工業(yè)現(xiàn)場管理和控制中提出的個性化要求。監(jiān)控軟件應用中，將對象的總體設計、先進編程技術(shù)等作為基礎(chǔ)，為系統(tǒng)在運行時的穩(wěn)定性、實時性提供保證。后臺監(jiān)控系統(tǒng)中可以根據(jù)實際要求，對智能五防閉鎖軟件進行配置和利用，這樣做的目的是為了避免人為因素引起的操作失誤。

(4)數(shù)據(jù)的智能化判斷

監(jiān)控系統(tǒng)運行時，對接收到的各種數(shù)據(jù)信息展開智能化判斷和分析，為信息的準確性、可靠性提供保證。系統(tǒng)在運行時，能夠?qū)ο到y(tǒng)中涉及到各種不同類型軟件、硬件具體運行情況進行在線診斷，一旦出現(xiàn)異常情況或者是故障問題時，立即采取有針對性的對策，及時報警，保證報警信息的準確性、可靠性。更為重要的是要在運行工況圖中，對不同的區(qū)域進行顏色劃分。新時期背景下科學技術(shù)的廣泛應用，計算機信息技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)在方案的編制以及應用中，有利于節(jié)省大量電纜、二次控制線的使用量。另外，有利于保證配電與控制系統(tǒng)自動化水平得到提升，促使系統(tǒng)在運行時的可靠性、穩(wěn)定性得到有效提升。

5.結(jié)語

煤礦行業(yè)近年來的發(fā)展形勢相對比較良好，為了實現(xiàn)穩(wěn)定、可持續(xù)生產(chǎn)和發(fā)展，需要實現(xiàn)有針對性的改革和創(chuàng)新，對先進技術(shù)手段進行引進和利用，保證機電自動化技術(shù)等手段可以實現(xiàn)合理利用。尤其是在新時期背景下，已經(jīng)全面進入到科技化時代，為煤礦行業(yè)的發(fā)展提供良好空間作為支持，不僅有利于實現(xiàn)對生產(chǎn)成本的節(jié)約，而且為其提供良好思路作為支持。通過對遠程操作、無線網(wǎng)絡等先進技術(shù)的應用，實現(xiàn)對成本的控制，保證系統(tǒng)運行效率、質(zhì)量得到有效提升，為地面變電所的自動化改造和升級效果提供保證。通過一系列的改造和升級操作，有利于為電氣設備在運行時的安全性、可靠性提升提供保證，而且可以在實踐中真正地實現(xiàn)變電所無人值守的根本目的，推動我國電力行業(yè)的穩(wěn)定、高質(zhì)量發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。