淺談礦井下變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：在從構(gòu)成和設(shè)計(jì)原則兩個(gè)方面對(duì)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析的基礎(chǔ)上，深入探究無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，詳細(xì)分析其應(yīng)用功能和應(yīng)用價(jià)值，以期為無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用提供借鑒，提高煤礦的管理水平。

關(guān)鍵詞：煤礦；采區(qū)變電所；無人值守；監(jiān)控系統(tǒng)

0引言

近年來，雖然中國已經(jīng)開始控制煤炭開采速度，但是煤炭在中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中所起到的作用仍舊是不容忽視，因此需要重視煤礦的開采和運(yùn)輸。煤礦井下采區(qū)變電所是為煤礦的開采和運(yùn)輸服務(wù)，在煤礦井下采區(qū)變電所應(yīng)用無人值守監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于煤礦的開采和運(yùn)輸具有重要意義，要予以高度重視。

1煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，分別是地面監(jiān)控中心、遠(yuǎn)距離傳輸信道和井下分站及測控單元(即綜保遠(yuǎn)動(dòng)裝置)。簡單來說，就是地面監(jiān)控中心相當(dāng)于總指揮，由煤礦井下采區(qū)的各個(gè)測控單元進(jìn)行具體監(jiān)控，然后通過遠(yuǎn)距離傳輸信道與煤礦井下分站進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的匯總和傳輸。

無人值守監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面上位機(jī)、傳輸信道、煤礦井下采區(qū)變電所通訊分站和煤礦井下采區(qū)變電所高低壓防爆開關(guān)構(gòu)成。煤礦井下采區(qū)變電所高低壓防爆開關(guān)的信息由485通訊傳輸?shù)矫旱V井下采區(qū)變電所分站，再由煤礦井下采區(qū)變電所分站進(jìn)行匯總后通過CAN總線傳輸?shù)降孛嫔衔粰C(jī)，*后地面上位機(jī)中的“組態(tài)王"工控軟件對(duì)煤礦井下采區(qū)變電所高低壓防爆開關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握高低壓防爆開關(guān)的實(shí)際狀況，從而真正實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控和遙調(diào)這四個(gè)功能。

1.2煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

a)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中的子系統(tǒng)。因此，無人值守監(jiān)控系統(tǒng)需要要符合電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的整體設(shè)計(jì)要求，并在具體設(shè)計(jì)過程中，能夠在將成本控制在一定額度的同時(shí)，遵守高質(zhì)、安全的信息傳輸和資源共享的原則；

b)在設(shè)計(jì)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)具體功能時(shí)，可以遵守下放原則，即將一切能夠在間隔層進(jìn)行的功能都下放到間隔層，省略傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控主機(jī)的環(huán)節(jié)，節(jié)省再次傳輸?shù)臅r(shí)間，提高工作效率；

c)兼?zhèn)溥h(yuǎn)方和就地兩種控制操作，以就地控制輔助遠(yuǎn)方控制，并設(shè)定在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)僅能選擇一種控制方式，避免二者發(fā)生沖突；

d)推動(dòng)保護(hù)和測控的一體化，保證保護(hù)功能能夠獨(dú)立運(yùn)行，提高動(dòng)作的可靠性；

e)以測量的準(zhǔn)確度為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，使用交流采樣技術(shù)，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證信息采集的精準(zhǔn)度，增強(qiáng)信息的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性；

f)由于煤礦井下采區(qū)變電所中的電磁場是很強(qiáng)的，會(huì)產(chǎn)生很大的干擾，所以在設(shè)計(jì)過程中，需要要對(duì)電磁干擾進(jìn)行深入思考，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，比如選擇光纖作為通信介質(zhì)；

g)由于該系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)“無人值守",因此推動(dòng)保護(hù)和測控的一體化可以一定程度上簡化相對(duì)復(fù)雜的設(shè)備，從而縮減設(shè)備的維護(hù)成本；

h)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的目的是將煤礦井下采區(qū)變電所有人值守的工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守，所以為了

保證系統(tǒng)的安全性，需要要推行遙視警戒技術(shù)的實(shí)施，避免盜竊、浸水等問題的發(fā)生。

2煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1模擬量交流采集電路的設(shè)計(jì)

2.1.1互感器的選擇

為了提高煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的精度，微機(jī)保護(hù)部分和測量部分的模擬量輸入通道選擇了分開設(shè)計(jì)的形式，其中微機(jī)保護(hù)部分選了P級(jí)電壓電流互感器，以更好地滿足微機(jī)保護(hù)的快速性。測量部分選擇了精度高的電壓電流互感器，其精度可以達(dá)到0.1級(jí)。對(duì)漏電保護(hù)中三相線路的零序電流和零序電壓選擇了零序電流互感器與零序電壓互感器。

2.1.2A/D轉(zhuǎn)換器的選取

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)中選擇了DSP(數(shù)字信號(hào)處理)內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器，其精度為12位，具有12.5MS/s的轉(zhuǎn)換速率，能夠成功接入16通道模擬量。圖1描述的是模擬量交流采集電路。

2.2開關(guān)量輸入輸出回路設(shè)計(jì)

在煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入模塊的主要任務(wù)是完成對(duì)現(xiàn)場線路中隔離開關(guān)和斷路器運(yùn)

多路開關(guān)

A/DDSP

多路開關(guān)

圖1模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)圖

電壓信號(hào)電流信號(hào)

零序電壓信號(hào)零序電流信號(hào)

電壓/電流互感器

零序電壓/零序電流互感器

前置模擬濾波

前置模擬濾波

采樣保持

采樣保持

電壓形成

電壓形成

行狀態(tài)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。而開關(guān)量輸出模塊則是收集地面監(jiān)控中心的遙控指令，并對(duì)相應(yīng)回路的跳閘或合閘進(jìn)行控制。開關(guān)量輸入輸出模塊設(shè)計(jì)過程中選擇了光電耦合器，其可以降低來自于大電流、現(xiàn)場高電壓對(duì)微機(jī)系統(tǒng)造成的電磁干擾。

2.3其他模塊

2.3.1電源模塊

電源模塊選擇了帶失壓延時(shí)功能的寬電壓輸入、高可靠性開關(guān)電源的供電方式，在正常工作狀態(tài)下由控制變壓器引入。

2.3.2顯示模塊

顯示模塊可以完成保護(hù)裝置的鍵盤處理、信息顯示和人機(jī)交互、紅外遙控接收等功能。顯示窗口選擇了4.3英寸的漢字液晶顯示器，同時(shí)配備了燈光指示信息，其不僅可以使人機(jī)界面清晰易懂，而且還可以更為直觀地呈現(xiàn)出保護(hù)裝置的運(yùn)行信息。同時(shí)，顯示模塊可以借助按鈕、鍵盤和紅外遙控器來完成一系列操作，使操作方便、可靠、安全。

3煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控軟件系統(tǒng)選擇C語言進(jìn)行編程，由主程序和一系列功能模塊子程序構(gòu)成模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。功能模塊子程序包括了測控部分計(jì)算模塊、系統(tǒng)初始化模塊、顯示模塊、人機(jī)接口模塊、故障處理模塊、中斷服務(wù)模塊、串行通信中斷模塊等。主程序既可以完成裝置自檢和系統(tǒng)初始化等任務(wù)，還可以完成電流、功率、電壓等因數(shù)的計(jì)算和液晶顯示、溫度測量及鍵盤掃描等操作。由于欠壓和過壓保護(hù)并未對(duì)時(shí)間提出較高的要求，因此也可以借助

主程序完成。采樣中斷模塊需要完成對(duì)模擬量的采集，并且每個(gè)通道的采集都需要分別保存差分?jǐn)?shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)。采樣中斷程序中每完成一個(gè)采樣周期都需要調(diào)用一次故障檢測模塊，以確保系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。

4煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用功能

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠應(yīng)用于無人值守變電所，而且能夠促進(jìn)改進(jìn)傳統(tǒng)變電所。無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用功能十分多樣，下面從保護(hù)功能、報(bào)警功能、測控功能、軟功能件及其他功能五個(gè)方面進(jìn)行分析。

a)保護(hù)功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)速斷和限shi速斷，而且能夠很大程度地避免漏電，并通過自動(dòng)重合閘對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)和電機(jī)保護(hù)；

b)報(bào)警功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電流進(jìn)行了設(shè)置，一旦電流超過限制額度就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。另外，無人值守監(jiān)控系統(tǒng)還會(huì)對(duì)斷路器和瓦斯進(jìn)行監(jiān)控和監(jiān)測，如果斷路器發(fā)生故障或瓦斯超過限定額度，該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒地面監(jiān)控中心及時(shí)處理問題和故障；

c)測控功能。應(yīng)用煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遙信、遙調(diào)、遙控及交流采樣遙測的測控功能；

d)軟件功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)除了能夠?qū)χ鹘泳€圖及設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、及時(shí)顯示綜合自動(dòng)化裝置傳輸?shù)母鞣N遙信數(shù)據(jù)和遙測數(shù)據(jù)外，還可以對(duì)設(shè)備的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，憑借邏輯識(shí)別對(duì)自動(dòng)分合閘下達(dá)命令并進(jìn)行控制。同時(shí)，無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能還對(duì)故障和問題進(jìn)行遠(yuǎn)

程診斷及對(duì)各種事故、越限、報(bào)警進(jìn)行詳細(xì)記錄等；

e)其他功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)除了具備上述保護(hù)、報(bào)警、測控、軟件功能外，還具備事故錄波等功能，通過交流采樣技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，省略直流變送器的環(huán)節(jié)，詳細(xì)記錄故障波型，分辨故障種類和位置，遠(yuǎn)程掌控變電所的實(shí)際狀況

4.2煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和技術(shù)水平的提高均具有積極意義。

a)應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)之后，煤礦值班人員可以根據(jù)實(shí)際情況使用地面監(jiān)控主機(jī)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)控和管理，設(shè)備維修人員也能夠依據(jù)相應(yīng)的故障報(bào)警對(duì)故障予以針對(duì)性的解決，主要的是管理層可以憑借無人值守監(jiān)控系統(tǒng)提供的詳細(xì)數(shù)據(jù)和各種信息提高決策的合理性和科學(xué)性；

b)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效促進(jìn)煤礦生開采和運(yùn)輸?shù)挠行蜻M(jìn)行，降低由于操作失誤而導(dǎo)致事故發(fā)生的幾率，據(jù)現(xiàn)階段調(diào)查研究可以得出，該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)可以降低六成～八成的事故；

c)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)中使用的優(yōu)質(zhì)工業(yè)控制機(jī)不僅可以增強(qiáng)煤礦井下采區(qū)變電所的可靠性，保證變電所的安全，提升變電所解決問題和事故的能力，而且能夠彌補(bǔ)低壓開關(guān)存在的顯示方面和記憶存儲(chǔ)方面的不足；

d)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，憑借系統(tǒng)操作簡便、維護(hù)難度低、自動(dòng)化水平高的優(yōu)勢，為煤礦井下采區(qū)變電所節(jié)約了大量人力、物力和財(cái)力，減少了維護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)所需的人數(shù)。詳細(xì)來說，在應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，變電所僅安排相應(yīng)的巡視人員就可以滿足需要，相比于原本的人員安排，變電所就可以減少4名員工，如果以年計(jì)算，每一個(gè)變電所則可以節(jié)省大約6×10?元的人工工時(shí)運(yùn)行費(fèi)用。另外，應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)每年還可以降低八成左右的停電事故，提高煤礦的開采總量和開采效率，促使每年的煤礦開采總量增加1×10?t左右，進(jìn)而增加500×10?元的經(jīng)濟(jì)收益。

總之，煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的應(yīng)用價(jià)值，在應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)之后，可以有效增強(qiáng)地面對(duì)井下采區(qū)的控制，在及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和故障的同時(shí)，為問題和故障的處理提供了更多時(shí)間，提高監(jiān)控監(jiān)測的可靠程度，并為煤礦井下供電系統(tǒng)的自動(dòng)化管理提供了可能。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

5.1概述

針對(duì)用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級(jí)），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站quan方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

5.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

5.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

5.4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。

5.4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

5.4.4運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

5.4.5實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

5.4.6歷史事件查詢：對(duì)事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

5.4.7電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。

5.4.8用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

5.4.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.4.10電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。

5.4.11遙控功能：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

5.4.12故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

5.4.13事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。

5.4.14Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

5.4.15APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)語

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠提高管理質(zhì)量和管理效率，而且能夠大大增加可靠性和安全性。所以需要促進(jìn)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的普及和推廣，促使煤礦井下采區(qū)變電所的革新，從而實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。