無人值守監控系統在煤礦井下主變電所的應用

李 超

(中煤能源研究院有限責任公司，陜西西安 710054)

0 引言

煤礦井下主變電所是礦井井下供電核心，井下主變電所的安全可靠運行是井下采煤、掘進、運輸、通風、排水系統安全運行的基礎保證。隨著礦井自動化、智能化水平的提高，采用先進的科技手段，對井下供電系統進行遠程監測監控，實現井下主變電所的無人值守，成為煤礦井下供電系統的主要發展方向。

某煤礦為實現井下主變電所的無人值守，提高礦井井下供電系統智能化水平。通過建設電力監控系統，對井下變電所包括智能化高壓開關、智能化低壓饋電開關等進行通信系統改造。實現在調度室內統一平臺對井下高壓開關、低壓饋電開關狀態進行監測，通過監控平臺可以實現對井下高壓開關的分閘操作、合閘操作，同時還具有故障復位、參數整定等遠程操作功能，實現井下主變電所的無人化可靠運行，提高了供電系統的安全性和可靠性。

1 井下中央變電所現狀及存在問題

1．1 井下中央變電所現狀

井下中央變電所位于井底車場，與井下中央水泵房聯合布置。井下中央變電所高、低壓系統均采用單母線分段接線型式。變電所內安裝無錫新一代電力電器有限公司KGS1型礦用一般型手車式高壓真空配電裝置16臺，配有VS1-12/630-25型高壓真空斷路器及南京因泰萊電器PA150系列微機綜合保護測控裝置，具有遙控、遙測、遙調及通訊功能。低壓柜為7臺無錫新一代電力電器有限公司KDC1型礦用一般型低壓配電裝置，采用常熟開關廠CM1型低壓斷路器，未配置測控儀表。

1．2 存在的問題

高壓系統配備了微機綜合保護測控裝置，但沒有配備相應的通訊裝置，保護信號無法進行集中監控。需在中央變電所增設電力監控分站，同時需解決增設的電力監控分站與現有微機綜合保護測控裝置的通訊問題，需要現有微機綜合保護測控裝置廠家配合提供底層的編碼規則。

低壓系統無法實現信號采集及遠程操作功能。需在現有供電系統的基礎上增加智能儀表、接觸器及遠程智能監控模塊，同時需解決增設的電力監控分站與增加的智能儀表、遠程智能監控模塊的通訊問題，需要智能儀表、遠程智能監控模塊廠家配合提供底層的編碼規則。

2 無人值守改造方案

2．1 高壓系統改造

中央變電所高壓系統采用KGS1型礦用一般型手車式高壓真空配電裝置，保護裝置為南京因泰萊電器PA150系列微機綜合保護測控裝置，采用了基于ARM9內核32位的微控制器。可對高壓真空配電裝置電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、零序電流等進行采集;具有分合閘出口繼電器及4路信號繼電器輸出。

可見目前中央變電所高壓系統具備實現無人值守的硬件條件，僅需增加通訊分站，構成底層通信網絡，就可實現數據的采集、上傳及遠程控制功能。高壓系統通信結構框圖如圖1所示。

2．2 低壓系統改造

中央變電所低壓系統為KDC1型礦用一般型低壓配電裝置，采用常熟開關廠CM1型低壓斷路器，未配置測控儀表，不具備遠程監控的硬件條件。

圖1 高壓系統通信結構框圖

為實現中央變電所低壓系統的無人值守，需要對低壓系統硬件設備進行改造，為斷路器增加電動操作機構。但電動操作機構要求斷路器前端凈距離為94 mm，目前低壓柜斷路器前端凈空間約為75 mm，不能滿足增加電動操作機構的空間需求，需對柜體結構進行改裝，改造難度較大，需低壓柜供貨廠家對柜內結構進行重新設計。所以，中央變電所低壓系統僅增加電量采集系統，在地面實現對低壓系統的監測，不增加電動操作機構，不遠程分合斷路器;在配電回路中增加接觸器和遠程智能監控模塊，可遠程控制配電回路的通、斷。

2．3 底層功能

通過上述方案改造后可構成中央變電所高低壓系統電力監控的底層通信網絡，可實現數據的采集、上傳及遠程控制功能，實現系統的遙測功能、遙信功能、遙控功能、遙調功能和查詢功能。

可以對高壓開關的分合閘控制操作、低壓配電回路控制操作、保護信號的復歸操作;對微機綜合保護裝置的內部參數整定功能，井下可通過KJ736-F分站集中對每一臺設備開關參數進行整定;實時采集并傳送運行參數;實時采集并傳送各種保護和開關量信息。

3 地面監控系統

3．1 改造方案

在集控中心增設1臺電力監控主機，承擔數據報警、歷史數據存儲等功能。電力監控主機通過井下光纖工業以太環網與井下電力監控分站進行數據通信，實現對井下中央變電所內配電設備的運行參數進行顯示，并實現遠程控制。

監控主機使用組態軟件實時動態顯示供電系統及其配套設備的運行狀態和詳細參數，使管理人員在地面即可掌握井下供電系統設備的所有檢測數據及工作狀態，運行參數超限可報警并自動保護，預防和減少供電事故的發生;又可根據自動化控制信息實現井下供電系統的遙控、遙測，實現井下的無人值守;并可與全礦生產監控系統聯網，為礦領導提供生產決策信息。

3．2 系統網絡結構

井下監控設備主要為KJ736-F礦用隔爆兼本安型電力監控分站，通過RS485總線連接高壓開關柜內微機綜合保護裝置，低壓系統內智能儀表及電量采集模塊等。采集的現場數據通過以太環網將上傳至調度中心，通過采集服務器進行存儲、轉發。

煤礦目前已建成井下光纖工業以太環網，網絡傳輸介質采用MGXTW32礦用阻燃32芯光纜，部分監控子系統通過井下光纖工業以太環網進行數據傳輸。

3．3 系統功能

基于信息化集成的需要，根據礦井下實際情況，井下電力監控系統工程能夠實現對井下變電所包括智能化高壓開關，智能化低壓饋電開關及智能化電磁啟動器等進行信息化改造。通過建設井下電力監控系統，實現井下中央變電所的無人值守，在地面監控中心主要可實現以下功能:①具有遙測量、遙信量、模擬量實時曲線和歷史曲線等顯示功能;②可對遙測量日(班)報表、遙測量報警日(班)報表、遙信量報警及斷電日(班)等報表信息進行打印;③系統具有自診斷功能，可在系統中設備發生故障時，報警并記錄，以供查詢及打印;④系統具有雙機切換功能及數據備份功能;⑤系統的實時(歷史)數據、曲線及圖像可以進行網絡發布，其他具有相應權限的用戶可以實時了解到井下變電所的工作情況。

4 結論

(1)井下主變電所無人值守系統實施后，可通過地面監控主機實時掌握井下主變電所的運行情況，可方便地根據實際運行情況安排維修人員對設備進行維護，提高了供電的可靠性;同時，供電數據存儲在服務器內，方便進行調用，可為生產決策者提供數據依據;井下主變電所采用無人值守系統后，只需要安排巡檢人員，不需要現場值班人員，可節約人工費用。

(2)井下中央變電所高壓部分充分利用了系統的硬件資源，挖掘提升了設備使用性能;底層通信設備利用成熟的隔爆兼本安型電力監控分站，數據傳輸利用已建成的井下光纖工業以太環網，改造方便、節省投入。對提高煤礦井下供電系統的管理水平有著重要的意義。