淺談煤礦井下無(wú)入值守變電所技術(shù)研究與應用

關(guān)鍵詞：井下變電所；無(wú)人值守變電所；環(huán)境監測；聯(lián)動(dòng)技術(shù)

0、引言

煤礦井下變電所是煤礦供配電系統的重要組成部分，它的安全可靠運行是煤礦安全生產(chǎn)的基本保證。井下負荷種類(lèi)繁多，區域分布廣，工作場(chǎng)所地質(zhì)條件復雜，安全隱患多，故障排查、停送電周期長(cháng)，供電故障嚴重影響了煤礦安全生產(chǎn)。隨著(zhù)數字化礦山建設進(jìn)程的逐步推進(jìn)，煤礦用戶(hù)對井下變電所“無(wú)人值守，有人巡視”的需求變得比較迫切，但目前國內煤礦電力監控系統主要解決供配電網(wǎng)絡(luò )的監測監控問(wèn)題,而井下變電所仍然存在安全隱患，如變電所環(huán)境因素、人為因素等還未納入系統監控范圍，變電所內的安全監控范圍尚需完善。為此，本文提出一種以層次架構為基礎的煤礦井下無(wú)人值守變電所監控系統技術(shù)實(shí)現方案，以環(huán)境監測、門(mén)禁聯(lián)動(dòng)、語(yǔ)英對講、視屏監控等技術(shù)手段，將多種不同業(yè)務(wù)數據流統一到同一軟件平臺上處理，實(shí)現自動(dòng)邏輯判斷和協(xié)同控制，能達到真正意義上的無(wú)人值守變電所，從而完善了現有的煤礦供電監控系統功能,提高了煤礦供電的安全性與可靠性。

1、無(wú)人值守變電所監控系統的技術(shù)架構

由于供電系統有嚴格的技術(shù)要求和管理規范，所以，以現有煤礦電力監控系統為基礎，將無(wú)人值守變電所監控系統分為感知層、網(wǎng)絡(luò )層、應用層、決策層4層結構方式實(shí)現，如圖1所示。

管理規范

安全體系

圖1無(wú)人值守變電所監控系統架構

感知層主要由智能開(kāi)關(guān)、傳感器及其終端通信網(wǎng)絡(luò )組成，可實(shí)現電網(wǎng)參數、環(huán)境參數以及開(kāi)關(guān)量信息采集，并與執行終端智能結合，實(shí)現測控一體化。

網(wǎng)絡(luò )層包括物理通信網(wǎng)絡(luò )及其中間層通信設備，如監控分站、通信管理機、聯(lián)動(dòng)接入裝置等，主要解決系統數據傳輸問(wèn)題，可利用現有的數據傳輸網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現。

應用層包括基礎層、數據共享交換平臺?；A層可運行在Windows,Linux等操作系統上，支持Oracle,SqlSverver等數據庫管理系統。數據共享交換平臺包括數據抽取、轉換和歸一化等過(guò)程；服務(wù)總線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據交換。

決策層包括數據分析、預警告警機制、控制邏輯以及預案處理等。本文主要介紹無(wú)人值守變電所環(huán)境監測、門(mén)禁聯(lián)動(dòng)、語(yǔ)英對講、視屏監控等技術(shù)。

1. 無(wú)人值守變電所的環(huán)境監測技術(shù)

煤礦井下變電所內一些環(huán)境參數對變電所的安全運行至關(guān)重要，包括瓦斯、溫度、煙霧等參數，人員問(wèn)題也是不容忽視的因素，因此，對變電所相關(guān)參數實(shí)施全面監測十分必要。

2.1瓦斯監測

變電所實(shí)行瓦斯監測主要有兩方面的目的：一是監測變電所環(huán)境中的瓦斯濃度，保障變電所本身運行維護的安全；二是監測開(kāi)關(guān)饋電區域的瓦斯濃度，保證停送電操作安全。瓦斯傳感器安裝在變電所的關(guān)鍵位置，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)(RS485,CAN)或模擬信號傳輸至系統聯(lián)動(dòng)接入裝置，由該聯(lián)動(dòng)接入裝置完成數據采集和通信協(xié)議轉換，*終傳輸至系統后臺進(jìn)入實(shí)時(shí)數據庫。

2.2溫度監測

變電所內設備比較集中，且設備發(fā)熱量較大，導致環(huán)境溫度相對較高，對環(huán)境實(shí)行溫度監測，保證了設備運行的合理溫度條件。同時(shí)，可對發(fā)熱量大或易產(chǎn)生明火的設備單獨設置溫度傳感器進(jìn)行監測，預防事故發(fā)生。溫度傳感器應根據環(huán)境狀況及功能需求進(jìn)行布置，溫度實(shí)時(shí)數據通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置或電力監控分站接入監控系統。

2.3煙霧監測

變電所設備在受潮、接觸不良或故障狀況下可能導致放電或著(zhù)火，產(chǎn)生煙霧，可通過(guò)煙霧傳感器進(jìn)行監測，防止事故進(jìn)一步擴大。煙霧傳感器適當布置在靠近設備側，數據通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置或電力監控分站接入監控系統。

2.4門(mén)禁監測

人員管理也是實(shí)現無(wú)人值守變電所的關(guān)鍵點(diǎn)之一。門(mén)禁監測采用行程開(kāi)關(guān)、紅外線(xiàn)傳感器以及人員定位系統對進(jìn)出變電所的人員實(shí)施嚴格監管，對人員的進(jìn)入、離開(kāi)時(shí)間以及在變電所內活動(dòng)狀況進(jìn)行監視和記錄，并能對巡視人員的巡視情況進(jìn)行記錄考核。

2.5視屏監視

在變電所無(wú)人值守情況下，地面集控中星的遠程監控不僅要監測電網(wǎng)數據，同時(shí)也要對變電所的設備、環(huán)境和人員能有直觀(guān)的視覺(jué)監視，因此，在變電所中設置視屏攝像儀。一般在變電所中設置2臺攝像儀，一臺對出入變電所人員進(jìn)行監視，另一臺對變電所設備狀況進(jìn)行監視。

1. 預警與聯(lián)動(dòng)技術(shù)

通過(guò)對煤礦電力監控軟件進(jìn)行功能擴展與二次開(kāi)發(fā)，使得煤礦電力監控軟件能通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )獲得所有電網(wǎng)監控之外的監測數據，包括瓦斯、溫度、煙霧、門(mén)禁、語(yǔ)英、視屏等，軟件增加報警閾值設定功能、順序控制邏輯判斷功能、視屏解碼與云臺控制功能，并能在進(jìn)行電網(wǎng)一次設備遠程操作之前完成環(huán)境數據邏輯處理和判斷，根據診斷結果發(fā)出聯(lián)動(dòng)動(dòng)作指令，變電所內的聲光、語(yǔ)英、顯示設備在收到指令后執行動(dòng)作或發(fā)出預警信號，并將執行結果傳送到監控后臺，監控后臺可實(shí)時(shí)記錄、推送監控畫(huà)面，發(fā)出語(yǔ)英告警和提示信息等。

3.1 環(huán)境聯(lián)動(dòng)

系統實(shí)時(shí)監測環(huán)境參數，進(jìn)行一系列閾值和邏輯判斷，如果有超限情況發(fā)生，系統將立即啟動(dòng)緊急預案，并且向變電所附近的人員進(jìn)行語(yǔ)英廣播，發(fā)出聲光報警，提示該變電所發(fā)生意外狀況，必要馬上采取必要的控制措施，防止事故擴大，從而確保變電所運行安全。

3.2 門(mén)禁聯(lián)動(dòng)

變電所電力監控站中聯(lián)動(dòng)模塊實(shí)時(shí)監測門(mén)禁狀態(tài)，當人員進(jìn)入時(shí)，觸發(fā)紅外傳感器，監控站將信息上傳至地面監控中星，監控后臺自動(dòng)記錄和錄像，并推送出變電所視屏圖像，系統管理員能及時(shí)了解人員活動(dòng)，并可進(jìn)行語(yǔ)英對講，從而實(shí)現變電所遠程監控。

3.3 語(yǔ)英聯(lián)動(dòng)

當系統診斷出有事件發(fā)生時(shí)，地面監控后臺和變電所語(yǔ)英設備同時(shí)聯(lián)動(dòng)，語(yǔ)英設備播報事件，將提醒相關(guān)人員及時(shí)處理。IP語(yǔ)英對講裝置采用VOIP語(yǔ)英通信技術(shù)，以UDP組播方式實(shí)時(shí)傳輸信號，可實(shí)現多方實(shí)時(shí)對講。

3.4 視屏聯(lián)動(dòng)

當系統診斷出有事件發(fā)生時(shí)，推送出該變電所視屏，地面監控后臺對事件發(fā)生的現場(chǎng)狀況進(jìn)行影像錄像，以便事故回放和調查。攝像儀具備網(wǎng)絡(luò )接口，通過(guò)就地環(huán)網(wǎng)交換機或電力監控分站接入系統，視屏數據采用客戶(hù)/服務(wù)器模式，以UDP組播方式傳輸至系統后臺，系統軟件采用視屏解碼SDK以及ActiveX控件顯示界面上的控制視屏窗口，并結合邏輯控制算法實(shí)現變電所的視屏監視。

1. 無(wú)人值守變電所技術(shù)應用

煤礦無(wú)人值守變電所監控技術(shù)在天地王坡礦數字化礦山系統中投入實(shí)際應用，該項目建立了電力分控中星平臺，實(shí)施了6個(gè)變電所的監控。電力分控中星配置了連接服務(wù)器、屬性服務(wù)器、客戶(hù)端服務(wù)器和視屏服務(wù)器，并配備工程師工作站和EOW(超過(guò)操作員平臺),配置一套AC800M控制器實(shí)現與電力監控站數據交互，所有電力監控操作在EOW上實(shí)現。各變電所中配置了KJF99電力監控站、KBA4本安攝像儀、GHW5本安型紅外線(xiàn)傳感器、KGN1煙霧傳感器、KG3007A溫度傳感器、KXT23語(yǔ)英報警裝置、KXB18聲光報警器、KXH32×128信號顯示牌等環(huán)境監測和聯(lián)動(dòng)設備。系統結構如圖2所示。

EOW

操作平臺i

核心交換機

工業(yè)環(huán)網(wǎng)

環(huán)網(wǎng)交換機

KJF991

KBA4

四聯(lián)動(dòng)設備

KXFB2×128KXT23KG3007AKXB18

KONIGHW5

中央變電所

KJF99

三采區

變電所

KJF991

高壓開(kāi)關(guān)

重量低壓開(kāi)關(guān)

環(huán)網(wǎng)交換機

高壓開(kāi)關(guān)

低壓開(kāi)關(guān)

工程師工作站，

環(huán)網(wǎng)交換機

三采區變電所

22

KG3007AKXBI8

核心交換機

四聯(lián)動(dòng)設備

四聯(lián)動(dòng)設備

服務(wù)器

KG3007AKXBIX

KONIGHW5

KGNIGHW5

高壓開(kāi)關(guān)

KBA4

KBA4

圖2無(wú)人值守變電所環(huán)境監測與聯(lián)動(dòng)系統實(shí)例

將變電所內的高壓開(kāi)關(guān)綜合保護器改造為數字化微機綜合保護器，采用RS485信號線(xiàn)接入主站，這是實(shí)現井下無(wú)人值守變電所的通信基礎。

2路本安攝像儀通過(guò)光纖接入KJF99電力監控站，實(shí)現在地面調度中星對井下變電所的遠程監視，并通過(guò)軟件配合實(shí)現一系列視屏聯(lián)動(dòng)功能。一旦有供電開(kāi)關(guān)故障、變電所環(huán)境參數變化或有人員進(jìn)入變電所，系統會(huì )自動(dòng)切換至相關(guān)視屏信號，后臺值班人員可隨時(shí)掌握變電所的運行狀態(tài)，并可通過(guò)計算機麥克風(fēng)直接與進(jìn)入井下變電所的人員進(jìn)行語(yǔ)英對話(huà)。語(yǔ)英通信裝置與KJF99電力監控站間通過(guò)以太網(wǎng)方式連接，實(shí)現地面調度中星與井下變電所之間的語(yǔ)英報警功能，達到地面與井下變電所之間聲音信息同步的效果。

2路門(mén)禁開(kāi)關(guān)量信號、2路紅外傳感器信號以電信號方式直接接人KJF99電力監控站。門(mén)禁開(kāi)關(guān)和紅外傳感器用于探測是否有人員進(jìn)入該變電所，可與視屏信號實(shí)現聯(lián)動(dòng)。煙霧、溫度等傳感器通過(guò)RS485總線(xiàn)接入KJF99電力監控站，實(shí)時(shí)監測變電所環(huán)境參數，實(shí)現環(huán)境監測聯(lián)動(dòng)與閉鎖。一旦變電所發(fā)生溫度超限或火災，系統可實(shí)現自動(dòng)跳閘閉鎖，保護供電安全。通過(guò)項目實(shí)施，天地王坡礦實(shí)現了變電所“五遙四聯(lián)動(dòng)”功能，即遙信、遙調、遙測、遙控、遙視以及門(mén)禁聯(lián)動(dòng)、語(yǔ)英聯(lián)動(dòng)、視屏聯(lián)動(dòng)、環(huán)境聯(lián)動(dòng)，提高了井下變電所無(wú)人值守的安全性。

5、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

5.1 概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數據、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺，滿(mǎn)足用戶(hù)或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數、室內環(huán)境溫濕度、電纜及母線(xiàn)運行溫度、現場(chǎng)設備或環(huán)境視屏場(chǎng)景等需求，實(shí)現數據一個(gè)中星，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶(hù)通過(guò)電腦、手機、PAD等各類(lèi)終端鏈接訪(fǎng)問(wèn)、接收警報，并完成有關(guān)設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

5.2 應用場(chǎng)所

適用于電信、金融、交通、能源、醫用衛生、文體、教育科研、農林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

5.3 系統結構

系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝影頭、開(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝影頭外，其它設備通過(guò)RS485總線(xiàn)接入現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)交換機把數據上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)數據可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

應用層：包含應用服務(wù)器和數據庫服務(wù)器，若變電所數量小于30個(gè)則應用服務(wù)器和數據庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過(guò)來(lái)的數據。

展示層：用戶(hù)通過(guò)手機、平板、電腦等多終端的方式訪(fǎng)問(wèn)平臺信息。

5.4 系統功能

5.4.1 用能月報

用能月報支持用戶(hù)按總用電量、變電站名稱(chēng)、變電站編號等查詢(xún)所管理站所的用電量，查詢(xún)跨度可設置為月。

5.4.2 站點(diǎn)監測

站點(diǎn)監測包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時(shí)用電曲線(xiàn)、用電概況。

5.4.3 變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶(hù)查詢(xún)所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4 運維

運維展示當前用戶(hù)管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

5.4.5 配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢(xún)。

5.4.6 視屏監控

視屏監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視屏直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視屏信息。

5.4.7 電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統計。

5.4.8 警報信息

對平臺所有警報信息進(jìn)行分析。

5.4.9 任務(wù)管理

任務(wù)管理頁(yè)面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

5.4.10 用戶(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、警報事件等進(jìn)行統計分析，并列出在該周期內巡檢時(shí)發(fā)現的各類(lèi)缺失及處理情況。

5.4.11 APP監測

電力運維手機支持“監控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺失記錄”、“文檔管理”和“用戶(hù)報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視屏、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件警報查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)、用戶(hù)報告、文檔管理等。

5.5 系統硬件配置

6、結語(yǔ)

隨著(zhù)數字化礦山建設步伐進(jìn)一步加快，煤礦對井下無(wú)人值守變電所的需求將越來(lái)越多，無(wú)人值守變電所環(huán)境監測和聯(lián)動(dòng)技術(shù)完善了煤礦井下無(wú)人值

守變電所監控系統功能，為礦山供電提供了安全保障，必將得到廣泛的應用和推廣，也為煤礦電力監控系統技術(shù)的發(fā)展以及煤礦變電所建設提供了技術(shù)保證。

7、參考文獻

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