井下變電所設備遠程監控報警系統應用

白偉偉

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司 雙柳煤礦，山西 柳林 033300)

煤礦井下變電所主要為采掘、運輸以及通風等機電設備提供電力，具體可分為中央變電所、采區變電所兩類[1]。隨著礦井采掘、運輸等設備的更新換代，井下機電設備機械化、自動化程度不斷提升，對供電系統的穩定性、可靠性提出了更高要求[2]。井下供電負荷分布分散，使用場所存在粉塵、瓦斯等安全隱患，加之部分工作人員操作不規范，時有井下供電事故發生。供電事故發生時，變電所內配電開關常會出現一定的征兆，如溫度升高、電流變壓異常等[3-6]。變電所如采用人工值守方式，會存在自動化程度低、應激性差等問題，使得地面監控中心無法實時掌握井下變電所運行情況。為此，文中提出一種遠程監控報警系統，通過該系統可實現對變電所內設備的運行情況進行監測，并將監測結果傳輸至地面監控中心，不僅可降低供電系統的故障發生率，而且可實現故障的精準定位。

1 遠程監控報警系統結構及功能

1.1 系統結構

遠程監控報警系統采用集散型(DCS型)分布式計算機進行監控，包括井下監控站(布置在各變電所)以及地面監控主站(布置在監控中心)兩部分，見圖1。

圖1 遠程監控報警系統結構

井下監控站與變電所內設備采用RS-232方式進行通信，通信設備均內嵌至井下監控站。監控站主要設備對變電所內設備的電流、電壓、功率、溫度以及分合閘情況等進行監測，獲取到的信息暫時存儲在控制器緩沖區內，后經以太網光纖網絡傳輸至光端機實現光電轉換，再將監測結果傳輸至地面監控主機。

地面監控主站通過專用軟件控制井下變電站運行，可實現分閘操作(為了確保安全，合閘操作需人工進行)。遠程監控報警系統獨立于井下供電系統，當監控報警系統出現故障時不會影響井下正常供電。

1.2 系統功能及特點

1) 遠程監控。系統可對變電所內開關柜等設備的電流、電壓、功率、溫度等參數進行采集，對開關柜的開斷情況、繼電保護動作等進行監控，并經專用通信線路傳輸至地面監控主站，監控主機會實時顯示監測結果[7]。

2) 遠程控制。地面監控主站可通過控制軟件對斷路器進行遠程分閘操作，同時可通過地面監控主站對額定保護值進行修改。

3) 故障報警。當監測到變電所內設備運行參數接近額定保護值時，激發保護動作，監控系統會發出提示信息，提醒調度人員及時安排工作人員進行隱患排查；當運行參數超過額定保護值時，斷路器實施分閘操作，監控系統發出聲光報警，并指出異常參數及異常位置，便于工作人員進行故障診斷[8-9]。

2 遠程監控報警系統硬件組成

2.1 硬件結構

遠程監控報警系統硬件結構主要由通信線路元件、主控芯片以及測溫電路元件等構成。通信線路有RS-485(基于ADM2587E芯片設計)、RS232(基于MAX3232ESE芯片設計)等；主控芯片以MSP430F5438單片機為基礎進行設計；測溫電路元件以DS18b20芯片為基礎進行設計。

2.2 通信方式

現階段該礦布置有CAN總線、光纖、RS-485、RS232等多種通信方式。根據礦井實際情況并考慮遠程監控報警系統實際需要，井上監控主站及井下監控站間采用RS-485通信方式，采用二線制接線，傳輸距離為1 500 m。RS-485通信方式通過使用光電隔離技術可增加監測信號傳輸的效率及保真性。井下監控站采用RS-232通信方式，采用三線制接線，雖然該通信方式傳輸距離較短(一般在15 m以內)，但是由于監控設備、供電設備間距離較短，可滿足現場通信需要。

3 遠程監控報警系統軟件組成

遠程監控報警系統軟件采用VB、C語言設計。前者主要編寫窗口界面、后者編寫底層接口交互界面。系統可在Windows7、Windows10上運行，內存占用小。通過軟件可實時顯示井下各變電所內設備的運行情況，并對監測到的參數進行比對，超過設定值即會發出報警信息。

為了提高監測數據的處理精度，軟件采用中值法、比較取舍法以及平均法等多種算法對監測數據進行處理。

4 應用效果分析

山西某礦在井下變電所內布置遠程監控報警系統，于2018年12月份安裝、調試完畢，現已平穩運行超過2 a。在遠程監控報警系統運行期間，系統未出現任何故障，各變電所設備監測數據真實、可靠，可在一定程度上提升井下供電系統可靠性。

2019年12月，由于井下生產調整，需要對局部供風機供電線路進行切換，在切換過程中導致變電所電流增加、相關設備溫度偏高，遠程監控報警系統及時發出報警信號后，監控中心安排專人前去變電所進行值守，對出現的問題及時處理，未出現供電系統故障。

由于采用遠程監控報警系統可實時對井下變電所內各設備運行情況進行監測，從而實現井下變電所無人值守，僅需安排專門的巡檢人員即可，在一定程度上可提升礦井供電系統的自動化水平，同時減少井下作業人員數量，節約成本。

5 結 語

1) 遠程監控報警系統通過KTK(80)/104通訊分站對變電所內設備的電流、電壓、功率、溫度以及分合閘情況等進行監測，采用RS232實現井下監控站與監控設備的數據傳輸、RS-485實現井上下信息交互，并通過地面監控主機對監測結果進行分析、超過設定閾值后會發出報警信號。

2) 現場應用后，該遠程監控報警系統可實現對變電所內設備的運行情況實時監測，且運行可靠，可在一定程度上提升礦井供電系統的可靠性。