安科瑞 陳聰

摘要：介紹基于以太網系統構建的煤礦井下采區變電所無人值守監控系統，該系統具有遠程監控和通信功能、遠程調控和保護功能、統計查詢和反饋功能、門禁管理等功能。應用實踐表明，該系統真正實現井下采區變電所的無人值守，有著顯著的社會與經濟效益。

關鍵詞：煤礦；采區變電所；無人值守；自動監控

0引言

目前，煤礦供電設備和電力監控系統日趨完善，不僅實現了井下變電所的無人值守，也實現了視頻監控功能。煤礦井下變電所主要包括水平主變電所和采區變電所，水平主變電主要承擔井下采掘、通風、供電、排水系統的配電工作，而采區變電所主要服務于該采區的各生產環節所需用電。采區變電所相比于水平主變電所而言，由于受采區位置的限制，更容易遭受煤塵、瓦斯和水火等有害介質的影響，故此事故率較高且采區變電所故障排查難度大，停送電周期長，對采區的安全供電有一定程度的影響。目前，我國絕大多數礦井的采區變電所采用傳統人工值守方式進行管理，但受到變電所供電系統復雜性的影響，一旦采區變電所出現故障，值守人員處理不及時，必然會對生產造成影響，甚至引發重大安全事故。隨著煤礦設備集約化、大功率化和智能化的發展，對采區變電所的供電質量提出了更高的要求。因此，常村煤礦與移動通信公司聯合研發了采區變電所自動監控無人值守系統，將監控、保護和無人值守進行融合，真正實現了采區變電所的無人值守和高效管理。

1變電所自動監控無人值守系統結構

常村煤礦為實現井下采區變電所無人值守，首先要對采區變電所進行實施監控，且能夠及時自動處理故障、定位故障和報警，因此，采區變電所自動監控無人值守需要滿足對變電所的監測監控、保護等功能。研究設計的采區變電所自動監控無人值守系統主要可分為3個部分，即地面監控系統、井下傳輸 系統和綜保監測反饋遠動裝置。地面監控系統主要包括可視液晶屏，可實時顯示變電所內所監控設備的運行狀態，井下傳輸系統主要包括RS485通信線路、變電所設備監控通信分站、CAN光纜通信總線等，監測控制單元主要是指所需監測的各類機電設備，主要監測設備的電壓、電流、功率因數等參數。另外，為了避免閑雜人員進入變電所和檢修人員及時進入變電所處理故障，該系統增加了門禁管系統，實現了變電所人員進出的有效管理。其工作原理為：監測控制單元將監測數據通過RS485通信線路傳輸至變電所分站，各分站數據經CAN光纜通信總線傳輸至地面監控系統，監控人員根據監控情況發出指令，實現了遠程監控、遠程通信和遠程調控，真正實現了采區變電所自動監控無人值守。

2系統功能和特點

2.1遠程監控和通信功能

平地監控系統所用監控主機采用內存64MB的型號為PIII500的處理器，處理功能強大，且監控系統可實現監控主機退出工作時也可不影響井下監控的功能，可以實現遠程監控，實時掌握監控設備的電壓、電流、功率因數等相關參數和存在的故障類型，且設備運行狀態以數據或者圖標的形式在地面 監控系統平臺上顯示。

2.2遠程調控和保護功能

監控人員通過地面監控系統可以實時掌握變電所設備運行狀態，當監測到某臺監測設備出現故障時，監控人員可遠程實施調控，如可遠程對高低壓電纜開關進行斷電和送電操作，對綜保設備進行復位操作等。

2.3統計查詢和反饋功能

該自動監控無人值守系統可對數據進行監測的同時實現數據存儲，監控人員可實時調出近期設備運行數據參數。另外，該系統具有故障報警和反饋功能，若監控人員未及時觀看監控屏時，所監控設備出現故障后會發出警報，警報信息則通過數據傳輸系統傳至地面監控系統，避免了平地值守人員因疏忽等原因未及時查看監控系統而引起的安全事故。

2.4門禁管理功能

對無人值守的變電所而言，若關門加鎖容易則造成檢修人員處理故障滯后，因此自動監控無人值守系統將門禁管理納入其中，首先對礦井能夠進入變電所的專職檢修人員進行人像采集，當專職人員需要進入變電所時，檢修人員只需將面部對準變電所門口安設的攝像頭進行人像識別，通過人像識別后，變 電所門將自動開啟，檢修人員可直接進入。該過程始終在地面監控系統中顯示且變電所門開關可由監控人員地面遙控，如因攝像頭故障等因素導致無法進入人像識別，檢修人員可通過語音通話進行確認，監控人員遠程遙控開啟。

2.5軟件功能

無人值守系統涉及的軟件主要有監控主機所用Windows系統以及采用SCADA數據編寫的各類實用軟件。實用軟件可實現監控操作、數據報表繪制、參數設置、報警信息回饋、參數記錄、系統維護、數據打印、個別領導和部門分控等功能。

3 效益分析

常村煤礦秉持“機械化換人，自動化減人”的發展理念，對井下采區變電所無人值守監控系統進行技術改造，系統投入運 行取得良好的生產效果，體現出顯著的社會與經濟效益，主要具有以下幾方面優點。

1. 系統投入運行后變電所無需專人值守，監控人員可以根據變電所設備狀況進行調控和管理，維修人員只需根據監控人員調令進入變電所，提升了工作效率。

2. 大幅度降低了因工人操作失誤造成故障的概率。另外，通過應用自動監控無人值守系統，可實時顯示監測設備故障類型和故障位置，減少了檢修人員排查故障的難度和時間。

3. 通過系統的軟件功能、信息反饋功能等可對一段時期內的設備運行參數進行統計分析，同時可對事故率進行統計分析，有助于合理制定檢修制度和確定檢修工作。

4. 系統投入運行后，大幅提升變電所的自動化與智能化水平，檢修維護成本降低，節約大量的人力與物力。另外，通過該系統的應用，掌握設備運行故障規律，重新制定了檢修工作計劃，變電所每年可節省材料費用4萬元；提高了煤礦開采量，采面每年增加產量2萬t，按照當前煤價 450元/t計算，可提前增加收入900萬元。

4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。

針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比，監控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

4.2應用場所

適用于公共建筑、工業建筑、居住建筑等各行業35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統運行監視和控制管理。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1實時監測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。

4.4.2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作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

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

事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發生階段，允許下一個報警信號進入，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）開關事故跳閘到次數或開關拉閘到次數，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

4.4.3調節與控制

操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。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施監護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

控制，設備就地檢修控制。具有優先的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現場操作。

級控制，間隔層后備控制。其與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，優先。

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、監護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時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及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；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。

3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。

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

4.4.4用戶權限管理

系統設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經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），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

5系統硬件配置

6結語

井下采區變電所自動監控無人值守系統實現了井下采區變電所集保護、監控一體化。系統投入運行后，大幅提升井下變電所智能化水平和安全可靠性，減少了變電所事故率和故障影響時間，也減少了大量的人力、財力和物力的投入，體現出顯著的社會與經濟效益，保障了礦井的安全生產。

參考文獻

[1]侯剛.紅柳林煤礦智能化無人值守系統的設計及應用[J]．煤炭工程，2018，50(50)：21-24.

[2]楊順利.井下采區無人值守變電所綜合自動化系統設計.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版．