礦井無人值守采區變電站自動化系統設計分析

任 康

（山西省霍州煤電集團龐龐塔煤礦，山西呂梁 033200）

0 引言

當前在科技的推動下，礦井逐漸實施無人化值班技術，特別在變電站、監控平臺與變壓器監測平臺等。與此同時，無人化值班技術也為構建智能化的檢測系統提供了參考。郭銀景等［1］在開展研究的過程中將VO1P技術應用于檢測中，能夠進行遙測、遙信與遙調等無人看守的變電站技術；陳爾奎等［2］運用CAN技術，控制器局域收集總線開辟設想了變電站的預警功用，能夠為井下無人值守變電站實現自動化智能控制，進一步實現礦井無人看守實施技術革新。

本文研究了一種用于控制礦井采區變電站的自動化系統，旨在提高礦井無人值守采區變電站的供電管理水平，節約人力、物力成本，提高供電效率。

1 無人值守自動化系統結構設計

該智能測控體系選用分層散布式布局，主要包括遠程監控單元、采區變電站智能通訊接口單元、井下智能測控保護單元。圖1所示為無人值守變電站自動化系統圖。

圖1 表示無人值守變電站自動化系統

1.1 遠程監控部分

通常情況下，遠程監控系統主要由自動化系統組件構成，包括主控機、區域網互換機、收集元器件等。其可以有效地收集井下采取變電站的所有信息，并對其進行分析［3］，相關工作人員可以借助人機交互界面對采區變電站的工作情況進行監控。當值班人員在校驗口令之后，允許相關人員借助遠程監控主機操作變電站配電裝備。與此同時，可以借助傳輸端，通過設置的局域網顯示監控數據，進一步借助遠程設備對變電站設備進行管理。圖2所示為自動化系統地面監控單元。

圖2 遠程監控系統結構

1.2 采區變電站的智能通訊接口

在無人值守采礦區域設置智能通訊接口，其可以和遠程監控中心先連接，同時與被監測元件連接。一般情況下，由于CAN總線具有穩定性，其應用比較廣泛，可以運用CAN總線控制技術實現變電站智能接口與遠程監控部分之間的信息交互。同時在智能通訊接口裝配與被檢測單元都是選用CAN總線連接［4］。

1.3 井下智能測控保護單元

智能自動化測控保護裝置主要是為了能夠監測井下采取變電站的運行情況，可以有效地監測防爆饋電壓的工作狀態，進而對井下電壓的變化情況進行監測。在進行監控時，運用傳感器對用電設備的電流、功率等參數進行監測，還應該對有功電度與無功電度進行監測，將收集到的各個開關參數借助CAN總線傳輸給遠程監控單元。與此同時，由遠程控制單元傳輸給執行單元，進而可以實現“四遙”的功能［5］。

2 自動化系統檢測與采集功能設計

2.1 紅外線檢測

在井下變電站實施無人值守，該系統采用紅外線檢測技術對電氣設備的工作狀態進行檢測，其中紅外檢測具有大面積、非接觸特性、分辨率高的特性。紅外線成像原理涉及的重要參數有溫升、溫差、相對溫差。

溫升表達式如下：

式中：Ts為相應的變電站電氣設備溫升；Tk1為相應的被檢測物體的溫度；Tk2為相應的環境溫度。

溫差表達式如下：

式中：Tc為相應的被測物體溫差；T1為相應的被檢測物體最高溫度；T2為相應的被測物體最低溫度［6］。

由此可以看出，在采取電氣設備故障缺陷檢測時，紅外檢測儀器的原理是相對溫差原理，各電氣設備具體發生的故障率如表1所示。

表1 電氣設備故障率情況

紅外熱像儀可以對主要檢測對象的溫度變化情況進行探究，形成紅外信號，從而可以形成紅外熱像圖。一般情況，對紅外熱像圖進行分析可以發現故障的位置、類型以及缺陷程度等。圖3所示為相應的采區變電所變壓器紅外成像，經過分析可以發現，變壓器局部過熱，可以及時采取降溫措施，防止出現安全事故。

圖3 礦井提升機監控軟件結構

圖3 紅外熱像儀檢測

2.2 采集

為了能夠有效地提高測量的精確度，保證電路的實時性以及實現井下采區變電站的自動化管理，通常可以選用P級電壓電流互感器。為了實現井下變電站監測的自動化控制，可以在DSP單元中添加A／D轉換器，從而可以使得A／D轉換器的運行速度保持在12.5 MS／s。將參數轉化成為模擬值時，借助16位通道進行信息傳輸［7］。

3 無人值守自動化系統軟件開發

在設計該系統時，選用的編程語言為C語言。程序是由主程序與子程序組成。每一個子程序控制對應的單元，其中功能程序包括計算單元、故障處理單元、中斷單元、人機接口單元等。

主程序可以實現如下功能：對程序進行初始化；對裝置進行自我診斷；計算電壓、電流與功率參數；測量溫度等。

在設計程序的過程中，充分考慮了軟件的實用性。假如軟件在監測過程中出現故障，那么軟件內部設置的子程序就會立馬響應，對故障進行處理的同時發出報警警報。軟件選用5G運行速度，設置有強大的CPU，同時該軟件操作簡單、處理能力強大等［8］。

4 工業性實踐

經過大量的工程測試與調試發現，該系統可以滿足井下采區變電站無人值守自動化的需要。以某礦設置的無人監測系統與有人看守進行比較發現，無人看守自動化系統具有如下優勢。

（1）在未使用系統之前，采區共計5個變電站，因此設置5個崗位。當選用無人看守自動化系統之后，電力系統不僅可以完好地運轉，而且采區值班人員變成2個，降低了勞動力投入，提高了經濟效益。

（2）通過對無人看守的變電站調查發現，該系統極大地避免了人員操作帶來的安全事故，優化了井下供電體系的可靠性。經過不完全統計發現，井下每個變電站可以減少70%的操作失誤，相應的停電率降低了80%。

5 結束語

本文為提高礦井無人值守采區變電站供電管理水平，研究了一種用于控制礦井采區變電站的自動化系統。該系統主要由遠程監控、智能通訊接口、智能測控保護單元等三大部分構成，其所用到的關鍵技術主要是自動化系統檢測與信息采集技術。該系統具有自動化水平高、運行連續穩定可靠的特點。通過在礦井無人值守采區變電站推廣應用該系統，不僅有助于提高變電站管理效率，促進變電站向自動化、智能化方向發展，而且還能減輕工人勞動強度，為變電站節約更多的人力、物力成本，有助于進一步提高變電站的供電效率。