井下變電所無人值守技術改造應用

王永聯

（山西陽城陽泰集團白溝煤業有限公司，山西 陽城 048100）

井下變電所是煤礦井下電力系統的重要樞紐，主要負責變換電壓、電能分配及停送電集中控制等[1]。由于井下變電所負責供電的區域較為分散，各類供電負荷較為繁雜，加上各類監控控制（瓦斯電閉鎖、風電閉鎖等）因素，以及生產過程中部分作業地點用電因各種原因可能超負荷現象等，導致井下變電所發生異常跳閘及其他故障幾率較高[2-3]。因此，為及時解決供電故障問題及變電所的現場管理，井下變電所需安排大量值守人員及值班電工保證變電所正常運行及維護，該項工作影響礦井安全高效發展。隨著智能化系統的高速發展，各類適用于煤礦的智能化系統也在不斷地進入各大礦山，煤礦井下變電所實現無人值守智能化控制已成必然。基于此，對白溝煤礦變電所智能化改造實現無人值守進行方案研究[4-6]，對提高礦井供電管理水平和促進礦井高效發展具有現實意義。

1 工程背景

白溝煤礦核定產能45萬t/a，當前井下有4個變電所，分別為井底泵房變電所、東翼采區變電所、三盤區變電所及2#盤區變電所。每個變電所每班需配一人值班及一名專職電工，另配2名流動電工以備緊急情況處理，每班合計需配備工作人員10人，每天共計30人。礦井生產過程中，各變電所頻繁發生設備故障及異常越級跳閘等事故，故障排查導致的停電時間較長，嚴重影響工作面正常安全生產。

2 變電所技術改造方案

變電所技術改造是為實現變電所具備智能監控、遠程操控的功能，以滿足變電所智能化控制及無人值守的要求。為達到改造目的，根據變電所功能，需建立電力監測監控系統、環境監測監視系統。

2.1 電力監測監控系統建立

電力監測監控系統主要負責對變電所輸出的各供電線路的電壓、電流、功率以及功率因素和各類保護運行情況進行實時監測監控，并對發生故障的設備發出報警提示，同時顯示故障原因及故障位置，便于及時應對處理，同時具備各設備的運行數據采集、存儲和故障記錄統計，還可通過監控系統進行遠程監控設備運行參數及故障處理，對運行數據異常的設備進行遠程預處理，避免進一步電路故障發生，減少直接事故導致的安全生產影響。

電力監測監控系統以太網為傳輸網絡，通過對井下變電所內的開關綜合保護裝置進行更換，將開關綜合保護裝置均更換為具有PLC控制功能的綜合保護裝置，并在變電所內配置一臺電力監測監控分站，用于各開關數據的采集及防止各供電線路越級跳閘閉鎖信號的交換和傳輸，并將各類數據集中向平地監控中心傳輸。井下4個變電所開關及保護情況見表1。

表1 各變電所開關及保護情況統計表

所有開關綜合保護裝置更換完成并安裝電力監測監控分站后，將各開關的綜合保護裝置通過以太網與電力監測監控分站進行連接，電力監測監控分站將各開關運行數據通過交換機經以太網實時傳輸至平地電力監控中心。各變電所均以此形式進行升級改造后，形成整個電力監測監控網絡系統，通過該網絡系統即可實時監測各變電所每個開關的運行情況。電力監測監控網絡系統結構傳輸分布如圖1。

圖1 電力監測監控網絡系統結構傳輸分布圖

2.2 變電所環境監測監視系統的建立

為滿足變電所實現無人值守的要求，除通過建立電力監測監控網絡系統實現遠程操控停送電外，還需建立變電所環境監測監視系統，以監測變電所內溫度、瓦斯及CO等有毒有害氣體情況，并監視變電所內煙霧、火災等防止意外災害事故發生，以及監視無關人員擅入變電所等，確保變電所環境安全。根據上述需求，變電所實現無人值守需建立以下監測監視系統。

（1）溫度及煙霧監測系統

由于變電所內各類開關、變壓器等設備較多，且在運行期間均會散發出一定熱量，為防止變電所內設備發生異常產生高溫甚至發生火災的情況，需對變電所內的溫度及煙霧進行監測。該監測系統的建立是在變電所內設備較為集中的部分及變電所內的回風側各安裝一個溫度及煙霧傳感器，傳感器接入電力監測監控分站并通過分站網絡傳輸至平地監控中心進行集中監控。

（2）有毒有害氣體監測系統

為防止變電所內瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體濃度超標影響設備安全運行及作業人員的身體健康，在變電所內設備的下風側10～15 m位置巷道頂部各安裝一臺瓦斯傳感器及CO傳感器，同時安裝一臺風速傳感器，防止變電所空氣流通不暢導致溫度升高或有毒有害氣體滯留。各傳感器接入電力監測監控分站并通過分站網絡傳輸至平地監控中心進行集中監控。各變電所環境監測系統所需設備明細見表2。

表2 各變電所環境監測系統所需設備明細表

（3）門禁管理系統

所建立的門禁管理系統具備現場及遠程操控變電所出入口的開、關狀態，同時具備視頻通話及視頻存儲等功能，防止無關人員誤入變電所。門禁管理系統需安裝出入口行程開關，行程開關分為本地密碼操作及遠程操控兩種模式，并在出入口處安裝視頻通話裝置，便于與平地監控中心聯絡。同時在變電所內安裝人員位置監測系統及紅外線熱釋傳感裝置，有人員進入時，觸發紅外線熱釋傳感器，隨之傳導至門口的視頻采集裝置及平地監控中心，平地監控中心收到預警信息并通過人員位置監測系統及視頻監控即可查看人員信息。通過門禁系統的建立，保證無人值守變電所的安全性。

（4）視頻監視系統

為確保無人值守變電所實時處于監視狀態，需在變電所內安裝高清攝像頭，攝像頭的數量及安裝位置需滿足變電所內全面監視覆蓋，確保平地監控中心能夠進行全面巡視，使變電所內情況處于實時監視狀態，提高無人值守變電所的安全性和可靠性。

3 應用效果

白溝煤礦井下變電所于2020年7月開始進行無人值守改造，采取邊使用邊改造方式，歷時3個月將井下4個變電所全部改造完工，2020年11月起正式投入使用。使用一年多來，各監控系統穩定，監測監控功能達到了預期目標，實現了井下變電所無人值守。投入使用以后，四個變電所每班只需4人巡檢，每天12人，較改造前節約18人，人均工資按7萬元每年計算，每年可節約人力資源成本126萬元。在設備管理方面，因實現了遠程監控、自動預警、遠程指令操控等功能，使變電所設備管理更加科學化，同時通過智能化監控預警和遠程故障處理，有效減少生產影響時間，并降低了設備故障率。通過對比統計，改造前后設備故障率由5%下降到1%，設備使用壽命得到提高，由此帶來的經濟效益約80萬元/年。

4 結論

傳統井下變電所通過基于以太網的電力監測監控及環境監測監視系統的改造，實現井下變電所無人值守智能化、科學化管理，節約人力資源成本的同時降低了設備故障率及變電所運維成本，井下供電系統的安全性和可靠性得到保障，有效提升礦井生產效益及管理水平。