如何實(shí)現煤礦領(lǐng)域用電的無(wú)人化值守——Acrel1000變電站綜合自動(dòng)化系統

安科瑞虞佳豪

連日來(lái)，受持續高溫影響，全國各地用電量飆升，連續刷新用電負荷最高紀錄。為保證能源供應，山西認真落實(shí)此前提出的“三穩三不準”要求——穩定保障能源生產(chǎn)、穩定保障電煤供應、穩定保障發(fā)電供電，不準拉閘限電、不準搞“一刀切”、不準隨意提價(jià)?！敖衲昀^續成立保供專(zhuān)班，采取電力、煤炭、發(fā)改等相關(guān)部門(mén)聯(lián)合辦公的方法，動(dòng)態(tài)更新每天煤炭供給、新能源發(fā)電量的實(shí)時(shí)數據，調度督導相關(guān)企業(yè)安全生產(chǎn)?！鄙轿魇∧茉淳钟嘘P(guān)負責人表示，山西將有序推進(jìn)產(chǎn)能核增，全力推動(dòng)在建煤礦建成投產(chǎn)、國家已核準煤礦開(kāi)工建設等，依法加快煤礦釋放優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能，實(shí)現煤炭連續穩定供應。

煤炭持續穩定供應。在山西瑞光熱電有限責任公司，公司黨委書(shū)記、總經(jīng)理胡俊峰正在機房查看當天燃煤發(fā)電鍋爐運行情況。大屏幕顯示，兩臺發(fā)電機組正火力全開(kāi)，相關(guān)環(huán)保指標正常運行。走出機房，步行10分鐘便可到達公司的儲煤場(chǎng)，胡俊峰說(shuō)：“公司煤炭庫存始終保持30天以上的安全生產(chǎn)線(xiàn)，保證年發(fā)電量33億千瓦時(shí)?！?/span>

綠電外送占比不斷提升?！吧轿麟娋W(wǎng)積極響應國家統一部署，組織綠電與火電的協(xié)調外送，綠電外送占比達18%。首次增加向安徽、湖南和四川三地送電，晉電外送地區數量已增加到22個(gè)?！眹W(wǎng)山西省電力公司調控中心調控處處長(cháng)劉洋介紹，國網(wǎng)山西電力依托大電網(wǎng)資源配置優(yōu)勢和靈活的電力交易機制，通過(guò)電力外送通道支援兄弟省份。數據顯示，今年1至7月，山西外送電量762億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)10.1%；全口徑最大外送電力2620萬(wàn)千瓦，同比增長(cháng)36.4%。特高壓雁淮直流首次實(shí)現800萬(wàn)千瓦滿(mǎn)功率運行。晉電外送的“朋友圈”不斷擴大，省間現貨累計成交29.9億千瓦時(shí)，幫助緩解華東、華中、西南區域的電力供應緊張。

“作為全國重要的能源基地，山西承擔著(zhù)保障國家能源安全的重大使命。我們全力保障煤炭安全穩定供應?！鄙轿魇∥饕撠熗窘榻B，“去年煤炭產(chǎn)量11.93億噸、占全國的29.2%，并以長(cháng)協(xié)價(jià)保供16個(gè)兄弟省份。今年煤炭產(chǎn)量將達到13億噸以上，再增產(chǎn)1億噸。同時(shí)山西促進(jìn)傳統能源和新能源優(yōu)化組合，截至2022年6月底，全省新能源裝機4012萬(wàn)千瓦，占比34.46%，建成和在建儲能項目67個(gè)，綠電支撐能力進(jìn)一步增強?！?/span>

煤礦供電系統是煤礦生產(chǎn)的重要動(dòng)力保障 , 一旦電力中斷 , 生產(chǎn)將被迫停止 , 同時(shí)停電后容易發(fā)生瓦斯積聚爆炸、淹井等惡性事故，現有配電室采用不同廠(chǎng)商的保護裝 置產(chǎn)品，沒(méi)有形成有效的監控配電系統，不便于管理和實(shí)現無(wú)人值守。

因此，迫切需要一套智能監控配電系統來(lái)保護礦井的供電安全。目前，通過(guò)使用電子計算機達到以對信息進(jìn)行收集、傳送以及處理為目的的先進(jìn)的電力綜合自動(dòng)化系統，能保證電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行。

礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統

礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統概述 

該礦地面電力綜合自動(dòng)化系統站控層、通信層、保護間隔層這主要的三部分共同組成。地面電力綜合自動(dòng)化系統的主干通訊網(wǎng)絡(luò )，依靠礦已經(jīng)建設的 6 個(gè)地面變電所安裝的工業(yè)環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通訊。在變電所內安裝通訊管理機，通訊管理機具有上行網(wǎng)絡(luò )光 / 電口和下行 485 接口，上行通過(guò)網(wǎng)絡(luò )電口接入到就近的環(huán)網(wǎng)交換機內進(jìn)行與已經(jīng)建立的電力監控系統進(jìn)行通訊，下行 RS485 接口與變電所內的高壓綜保相連接，實(shí)現綜保數據的采集及控制功能。而相關(guān)數據的實(shí)時(shí)收集工作，主要是通過(guò)站控層實(shí)現的，其收集信息的裝置首先通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與通信管理機相連后，再與通信網(wǎng)絡(luò )層的工業(yè)以太網(wǎng)交換機與監控管理層建立聯(lián)系。通信服務(wù)器與通信控制處理軟件兩部分共同組成了通訊網(wǎng)絡(luò )。通信網(wǎng)絡(luò )主要是通過(guò)對電網(wǎng)運行實(shí)時(shí)信息的采集和處理來(lái)反映各變電所實(shí)時(shí)的運行情況，以便于相關(guān)人 

員能實(shí)時(shí)監測系統的動(dòng)態(tài)，迅速掌握系統的變化，以達到對該礦區地面變電所調度的集中。

礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統組成 

在硬件方面，該系統主要由為通訊管理機、服務(wù)器以及監控中心工作站等設備組成。服務(wù)器采用雙份熱備用運行模式，保證系統可靠。其中通訊管理機共計設置 8 臺，根據礦工業(yè)廣場(chǎng)變電所的距離設置，其主要功能是具有多個(gè)下行通訊接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò )接口，將變電所內所有的智能監控、保護裝置的通訊數據整理匯總后，實(shí)時(shí)上送監控中心后臺機，完成遙信、遙測功能；另一方面接收后臺機下達的命令，并轉發(fā)給變電所內的智能控制單元，完成對變電所內各開(kāi)關(guān)設備的分、合閘遠方控制、參數整定，實(shí)現遙控和遙調功能；同時(shí)配備多個(gè)串行接口，便于變電所內的其它智能設備通訊。 

2 臺服務(wù)器放置在服務(wù)器機房，實(shí)現對整個(gè)礦區全部變電所的所有設備的運行情況進(jìn)行監測與控制。若一臺服務(wù)器發(fā)生故障，另一臺服務(wù)器則在執行本身功能的基礎上，還會(huì )替代故障服務(wù)器的功能，即執行所有功能。 

2 臺監控中心工作站放置在地面自動(dòng)化控制中心，有人員專(zhuān)門(mén)值守，負責對全礦各變電所進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控，做到遠程控制。 

礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統系統功能 

對實(shí)時(shí)數據進(jìn)行采集、處理，整個(gè)工作系統的監視與控制是礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統的主要功能。下面將主要將從數據采集和處理功能兩方面對該系統實(shí)現的功能進(jìn)行闡述。 

數據采集功能。數據采集是該系統工作的最基礎的部分，系統通過(guò)實(shí)時(shí)收集各監控子站傳出的參數（如電流電壓值、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、電度、開(kāi)關(guān)所處狀態(tài)、通信狀態(tài)、保護器定值等）來(lái)達到對礦井地面電網(wǎng)的遠程監控的目的。數據庫系統則是以 SQL Sever 2008 系統為基礎，實(shí)時(shí)的數據庫管理系統。 

數據處理功能。系統的數據處理功能是將各種數據全部采集之后執行的，最終實(shí)現變電所內開(kāi)關(guān)的遠程遙測、遙控、遙調、要信等功能，以及在線(xiàn)參數監測、故障定位報警、歷史數據查詢(xún)、數據統計分析、用電計量管理、開(kāi)關(guān)變位告警、保護動(dòng)作告警、電壓電流越限告警，并有文字窗口、聲音提示、****發(fā)送等功能。 

系統可靠性 

電力綜合自動(dòng)化系統在礦井地面變電站中具有良好的應用價(jià)值，能夠在維護變電站安全穩定運行的同時(shí)，促進(jìn)變電站管理水平的不斷提升，對智能變電站的設備運行及電能消耗進(jìn)行科學(xué)化控制，從而保證電力企業(yè)的綜合效益。同時(shí)能提前發(fā)出故障警報，便于相關(guān)技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現電力系統中存在的問(wèn)題，從而降低電力事故發(fā)生幾率。

變電站綜合自動(dòng)化系統產(chǎn)品介紹與選型

系統功能

實(shí)時(shí)監測

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

報警處理

監控系統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動(dòng)作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實(shí)時(shí)報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢(xún)并打印的功能。

事故報警通過(guò)手動(dòng)，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報警信號進(jìn)入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2） 對每一測量值（包括計算量值），由用戶(hù)序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。

3） 開(kāi)關(guān)事故跳閘到指定次數或開(kāi)關(guān)拉閘到指定次數，推出報警信息，提示用戶(hù)檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報警器、語(yǔ)音、****、電話(huà)等但不限于以上幾種方式，用戶(hù)根據自己的需要添加或修改報警信息。

調節與控制

操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實(shí)施監護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

一級控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現場(chǎng)操作。

二級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線(xiàn)路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機構的接地開(kāi)關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

定時(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

監控系統的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

用戶(hù)權限管理

系統設置了用戶(hù)權限管理功能，通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個(gè)權限組里添加用戶(hù)名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

系統硬件配置

無(wú)論是對企業(yè)本身來(lái)說(shuō)還是對社會(huì )來(lái)說(shuō)，礦井地面電力綜合自動(dòng)化系統的應用都是及其有利的。對企業(yè)自身來(lái)說(shuō)，該系統的應用在更大程度上保證了相關(guān)工作人員的人身安全、提高有關(guān)用電管理方面的效率、降低噸煤電耗、大大改善了工作條件、提高企業(yè)的盈利水平以及市場(chǎng)競爭力。對社會(huì )來(lái)說(shuō)，該系統的應用可以減少企業(yè)對能源的消耗的同時(shí)也可以做到對環(huán)境的影響更小。