煤礦井下無人值守變電所技術研究與應用

＊潘考強

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦 山西 033602）

在煤礦生產的配電系統運行中，井下變電所是重要的過程之一，井下變電所的運行是否穩定，對煤礦的發展和煤礦活動的安全運行具有直接的影響。在科學技術的支持下，要對井下變電所的監管系統進行進一步的完善，提高監管水平，要綜合考量環境因素、人為因素進行監測，將多種先進的科學技術、信息技術綜合起來，加強對數據的有效處理，例如環境監測技術、預警與聯動技術應用目前已經體現出了明顯的技術優勢，但是在具體的實踐中依然存在系統運行不全面的問題，應用中要求技術人員把握技術要素和實際情況，提高監控水平，保證數據信息的可靠性、完善性，維護煤礦供電監控系統的功能穩定性，提高煤礦采掘的綜合效率，增強生產安全。

1.無人值守變電所監控系統的技術架構

無人值守變電所在構建監控系統時，要考慮到供電系統嚴格的技術要求，以及與供電系統有關的管理規范，需要建立起基礎的煤礦電力監控系統，在無人值守變電所的監控系統中，主要涵蓋了以下四個結構層次，分別為感知層、網絡層、應用層和決策層。無人值守變電所監控系統構架見圖1。

圖1 無人值守變電所監控系統架構

感知層中涵蓋了智能開關、傳感器和終端通信網絡，能夠采集有關的數據信息，并且結合執行智能終端，一體化進行監測和控制活動，獲取電網參數、環境參數，采集開關量信息。在網絡層中，則涵蓋了中間層通信設備和物理通信網絡，例如聯動接入裝置、監控分站等，主要是對數據傳輸過程進行監管的系統層級，解決數據系統在傳輸過程中存在的問題，利用數據傳輸網絡實現數據管理。在應用層中涵蓋了數據交換平臺和基礎層等部分，以互聯網操作系統為依托運行，基礎層借助數據庫管理系統的功能，共享數據信息，實現數據的轉化、歸一、交換，在決策層中涵蓋了預警告警機制、數據分析、邏輯控制和預案處理等有關的組成部分。

2.無人值守監控系統的設計原則

(1)自動化原則

在無人值守的監控系統設計中，要遵循著一定的原則來展開有關的設計活動，首先需要以電網調度的自動化作為關鍵的基礎原則進行系統的設計活動，因為無人值守監控系統作為下轄系統，在電網調度的系統中占據著關鍵的位置，因此在系統設計環節，必須要以電網調度的自動化作為依據，提高系統的設計水平。在設計過程中要提高資源利用率，最大限度的共享資源，加強對成本的有效控制，提高傳輸質量、傳輸信息的綜合效率，同時節約生產成本、信息傳輸的成本。

(2)下放原則

遵循著下放原則來設計無人值守的監控系統，在設計監控系統的過程中，設計人員需要下放間隔層的具體功能，確保以監控主機作為依據，向其傳送有關的信息，保證所有的間隔層都能夠及時的傳送信息，將自身的功能集中起來，實現信息的傳遞、共享，以此來提高數據傳輸的效率，節約在傳輸中投入的時間成本，提升無人值守監控系統的運行效率。

(3)遠程控制原則

遵循著遠程控制的原則，展開無人值守監控系統的設計活動，要將遠程控制和就地控制這兩種方式有機的融合起來，增強系統控制工作的有效性，落實到具體的實踐中，要在同一時間內注意使用的模式具有統一性。使用一種控制模式，防止出現不同的控制模式之間的沖突問題[1]。

(4)準確性原則

遵循準確性的原則，加強對測量準確性要點的把握，在系統設計活動的開展中，始終以準確性作為關鍵的指標，提高無人值守監控系統的設計水平，在監控計算機信號時，利用交流采樣技術應用，確保信息采集信息應用的準確性、合理性。綜合考量電磁干擾等問題，增強系統對干擾問題的抵抗能力，優化系統的抗干擾性能，對電磁場環境變化所帶來的系統故障風險進行防治，始終以優化設備運行模式為目的，加強對一體化監控系統的設計。將保護功能、監測和控制功能相互集中，爭取以最快的速度將修通運行和維護的風險降到最低。

改造和優化落后的傳統模式，對有人值守的模式進行創新，促使其向著無人值守的新形式轉化與過渡，保證系統的運行穩定性與安全性。利用遙控警戒技術，維護煤礦井下無人值守變電系統，要對水害風險、盜竊問題等進行有效的防范。在無人值守監控系統的設計中，把握構成要素，遵循設計原則，提高無人值守變電所的技術應用和系統運行水平。

3.煤礦井下無人值守變電所的技術應用措施

以斜溝煤礦為例，在斜溝煤礦的數字化系統建設和運行中，引進無人值守變電所的監控技術，加強煤礦無人值守變電系統的創建，確保其穩定、安全的運行。利用先進的科技手段，監測系統的運行情況，利用了萬兆環網實時的監控變電所的工作狀態。大柳灘煤礦還將變電所智能巡檢機器人引進到了生產中，通過智能巡檢的形式，對變電所的設備狀態加強監督與管理，變電所的人臉識別對比授權功能、完善語音對講功能等多元化的先進科技功能的支持下，機器人自動巡檢與多功能優勢相融合，降低了巡檢人員的人工作業強度，提高了巡檢工作的質量和效率，增強了無人化巡檢的技術水平，無人值守變電所環境監測與聯動系統見圖2。

圖2 無人值守變電所環境監測與聯動系統

在遙控巡檢模式全自動巡檢模式下，巡檢機器人可以和地面的監控人員之間搭建相互傳遞信息的橋梁，真正成為運維人員、調度人員在礦井中的“助手”，增強對現場的監管全面性，提高監管力度。用無死角的模式進行巡檢，及時發現設備設施在運行過程中存在的隱患，加強對巡檢中存在的弊端風險的規避，增強了礦井的生產能力和安全生產的效益。在設備的故障處理事故問題的調查中，形成了較強的技術應用水平，在智能巡檢機器人、門禁系統、語音報警器等裝置的支持下，構建起了無死角的監控網絡[2]。

(1)環境監測技術

①溫度監測。在無人值守變電所的環境監測技術應用中，加強對溫度的監測是關鍵的功能之一，因為分布于煤礦井下變電所當中的設備設施十分復雜，具有一定的集中性，設備在運行過程中會形成大量的能量，周圍的環境溫度會發生變化。溫度升高，設備設施產生大量的熱量時，必須要在嚴密的監測下運行，在無人值守變電所的環境監測技術支持中，通過設置單獨的溫度傳感器，可以及時的做好對事故問題的預警。技術人員需要結合井下的實際環境情況和生產需求設置溫度傳感器，結合溫度傳感器與聯動裝置功能的相互融合，建立與監控系統之間的連接關系，布設完善的監控系統，發揮出系統的監控功能，提高無人值守變電所的環境監測水平，把握溫度的變化。

②氣體監測。加強對有害氣體的監測，是煤礦安全生產的關鍵所在，在實時監測煤礦中的有害氣體時，要了解有害氣體的實際含量，結合煤礦井下無人值守變電所的監控技術手段，在系統運行的過程中，監測有害氣體，確保有害氣體的濃度處于正常的區間內，保障變電所工作人員的人身安全。利用監測設備，預測供電系統四周的有害氣體，需要及時處理超出了一定濃度標準的氣體隱患，要確保供電系統的運行穩定性、安全性，利用信號連接的形式連接聯動設備，精準的做好數據信息的校對，確保傳輸系統當中的數據信息準確性[3]。

③煙霧監測。在煤礦井下的環境分析中不難發現，礦井下的環境濕潤度較高，長期在濕潤的空氣中，變電設備很有可能出現接觸不良的風險問題，增加了火災事故的發生危險，因此而形成煙霧現象。煤礦企業需要在煤礦無人值守變電所技術應用和系統研究中，做好煙霧的檢測，對煙霧風險加強防范，降低火災事故問題的擴散風險。檢測井下環境的煙霧濃度，可以利用煙霧傳感器的功能對事故范圍進行控制，將監控系統和煙霧傳感器連接起來，用數據聯動數據共享的形式，使工作人員可以了解變電站內部的實際情況，在監控系統的功能下提高系統運行效率。

④門禁監測與視頻監測。在煤礦管理中，人員監測和視頻監測是兩大要點，在門禁監測中做好人員的管控工作、定位工作，可以有效的把握出入信息，及時的做好變電所中各項情況的處理，及時記錄人員信息，用公平、公正、公開的形式做好人員的考核。在無人值守的變電所運行中，建立起遠程監控系統，實施視頻監測，直觀的了解監測現場的實際情況，配備視頻攝像儀、攝像機，在變電所中對人員的工作狀態進行監測分析[4]。

(2)預警與聯動技術

①環境聯動。無人值守變電所預警和聯動技術體現在了多層面，首先是在環境聯動上，由系統監測和判斷環境參數信息，用邏輯判斷的形式，對環境中的氣體情況進行分析。當出現環境中氣體超出限定值的情況時，需要及時的發出警示信號，啟動監控系統，發出預警信息，并傳遞信號，利用語音廣播系統的功能進行信息的互通、共享。借助聲光報警的形式，提醒周邊的工作人員要持嚴謹的態度，警惕風險，降低意外傷害問題的發生幾率。結合故障的具體情況，要有針對性的制定可行的處理措施，對事故擴散的風險進行防范，增強變電所的運行穩定性和安全性。

②門禁聯動。在無人值守變電所的預警與聯動技術應用過程中，要在系統設計環節加強對門禁聯動的技術應用和創新設計，借助視頻監控設備監測進出人員的具體情況，記錄有關人員的相關信息，設置紅外傳感裝置，與視頻監控設備設施相互配合使用，獲取地面監控信息資源，確保有關的監控信息全面性、準確性。并向監控站傳輸有關的信息，使系統的管理人員可以了解工作人員的狀態以及礦井下的開采情況、生產現狀等。在門禁聯動的系統設計和應用過程中，要配備完善的輔助設施，包括語音對講設備等，要用語音對講設備設施和系統的功能相互協調配合，確保內部工作人員可以及時的傳遞信息，展開信息的互動共享，確保煤礦生產安全性[5]。

③語音聯動無人值班系統。為了達到防范煤礦開采事故的系統管理目標，要借助語音聯動無人值班系統的功能，由地面監控系統和語音形式播報相結合的方法，對故障進行早期的處理，確認具體的故障類型、故障嚴重程度。警示操作人員及時處理事故問題，清除安全風險，妥善的解決發生于煤礦生產環境中的安全事故問題。例如利用4G基站語音對講功能，可以實現多方主體之間的對講和實時的溝通與交流，利用多種裝置的功能傳輸攝像與網絡接口的有關信息。

例如電力監控站、萬兆環網交換機，進行信息數據的采集，收集有關的信息資源，高效的處理監測數據，在系統后臺中上傳數據信息輸送數據之后，可以將空間顯示界面和軟件的開發應用有機地銜接起來。利用邏輯控制核算的方法，借助控制視頻窗口的功能，監測變電站的運行情況，了解變電站各類主圖和視頻的具體情況，在全面、合理化的監測中確保井下變電所運行的穩定性、安全性、可持續性。

④視頻聯動。對煤礦生產現場的故障風險進行監測確認時，利用無人值守監控系統的功能監測有關的數據信息，將后臺運行地面監控的形式有機的結合，錄制事故現場的具體情況，并將視頻傳輸到變電所的終端，使相關的工作人員可以了解事故發生的過程。對事故發生的具體情況進行回顧、分析，利用電力監控分站的形式和交換機的功能，可以在運行系統中接入攝像儀的網絡接口，用服務器模式、客戶模式，精準的采集數據信息，將豐富的信息傳輸到系統運行的后臺中。利用視頻解碼SDK控制視頻窗口的方式，或是利用Active X控件的功能，實現多種措施和方法的有機融合，綜合利用到系統軟件的運行過程中，用邏輯控制的算法監測變電所設備的運行情況，了解變電所的安全管理水平和目前的運行狀態[6]。

4.結論

綜上所述，在科學技術的持續發展中，信息技術的應用逐漸的普及，融入到了多個行業內在煤礦事業的發展中，借助信息化技術，打造數字化的礦山工程，提高礦山工程的建設現代化水平。要對無人值守變電所加強開發，應用完善無人值守變電所系統的功能，提高煤炭開采過程中無人值守變電所運行的穩定性，發揮其可靠的功能進行自動化的監測管理，保證煤礦供電安全，為我國煤礦事業的長遠建設和發展奠定牢固的基礎。