淺談礦井下變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：在從構(gòu)成和設(shè)計原則兩個方面對煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)進行介紹和分析的基礎(chǔ)上，深入探究無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，詳細分析其應(yīng)用功能和應(yīng)用價值，以期為無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用提供借鑒，提高煤礦的管理水平。

關(guān)鍵詞：煤礦；采區(qū)變電所；無人值守；監(jiān)控系統(tǒng)

0引言

近年來，雖然中國已經(jīng)開始控制煤炭開采速度，但是煤炭在中國經(jīng)濟社會發(fā)展中所起到的作用仍舊是不容忽視，因此需要重視煤礦的開采和運輸。煤礦井下采區(qū)變電所是為煤礦的開采和運輸服務(wù)，在煤礦井下采區(qū)變電所應(yīng)用無人值守監(jiān)控系統(tǒng)對于煤礦的開采和運輸具有重要意義，要予以高度重視。

1煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)由三個部分組成，分別是地面監(jiān)控中心、遠距離傳輸信道和井下分站及測控單元(即綜保遠動裝置)。簡單來說，就是地面監(jiān)控中心相當(dāng)于總指揮，由煤礦井下采區(qū)的各個測控單元進行具體監(jiān)控，然后通過遠距離傳輸信道與煤礦井下分站進行數(shù)據(jù)和信息的匯總和傳輸。

無人值守監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面上位機、傳輸信道、煤礦井下采區(qū)變電所通訊分站和煤礦井下采區(qū)變電所高低壓防爆開關(guān)構(gòu)成。煤礦井下采區(qū)變電所高低壓防爆開關(guān)的信息由485通訊傳輸?shù)矫旱V井下采區(qū)變電所分站，再由煤礦井下采區(qū)變電所分站進行匯總后通過CAN總線傳輸?shù)降孛嫔衔粰C，*后地面上位機中的“組態(tài)王"工控軟件對煤礦井下采區(qū)變電所高低壓防爆開關(guān)進行實時監(jiān)控，掌握高低壓防爆開關(guān)的實際狀況，從而真正實現(xiàn)遙測、遙信、遙控和遙調(diào)這四個功能。

1.2煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

a)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)實質(zhì)上是電網(wǎng)調(diào)度自動化中的子系統(tǒng)。因此，無人值守監(jiān)控系統(tǒng)需要要符合電網(wǎng)調(diào)度自動化的整體設(shè)計要求，并在具體設(shè)計過程中，能夠在將成本控制在一定額度的同時，遵守高質(zhì)、安全的信息傳輸和資源共享的原則；

b)在設(shè)計煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)具體功能時，可以遵守下放原則，即將一切能夠在間隔層進行的功能都下放到間隔層，省略傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控主機的環(huán)節(jié)，節(jié)省再次傳輸?shù)臅r間，提高工作效率；

c)兼?zhèn)溥h方和就地兩種控制操作，以就地控制輔助遠方控制，并設(shè)定在同一個時間內(nèi)僅能選擇一種控制方式，避免二者發(fā)生沖突；

d)推動保護和測控的一體化，保證保護功能能夠獨立運行，提高動作的可靠性；

e)以測量的準(zhǔn)確度為設(shè)計的重點，使用交流采樣技術(shù)，并通過計算機進行信號的實時監(jiān)控，保證信息采集的精準(zhǔn)度，增強信息的實時性和真實性；

f)由于煤礦井下采區(qū)變電所中的電磁場是很強的，會產(chǎn)生很大的干擾，所以在設(shè)計過程中，需要要對電磁干擾進行深入思考，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，比如選擇光纖作為通信介質(zhì)；

g)由于該系統(tǒng)強調(diào)“無人值守",因此推動保護和測控的一體化可以一定程度上簡化相對復(fù)雜的設(shè)備，從而縮減設(shè)備的維護成本；

h)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的目的是將煤礦井下采區(qū)變電所有人值守的工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守，所以為了

保證系統(tǒng)的安全性，需要要推行遙視警戒技術(shù)的實施，避免盜竊、浸水等問題的發(fā)生。

2煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1模擬量交流采集電路的設(shè)計

2.1.1互感器的選擇

為了提高煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的精度，微機保護部分和測量部分的模擬量輸入通道選擇了分開設(shè)計的形式，其中微機保護部分選了P級電壓電流互感器，以更好地滿足微機保護的快速性。測量部分選擇了精度高的電壓電流互感器，其精度可以達到0.1級。對漏電保護中三相線路的零序電流和零序電壓選擇了零序電流互感器與零序電壓互感器。

2.1.2A/D轉(zhuǎn)換器的選取

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)中選擇了DSP(數(shù)字信號處理)內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器，其精度為12位，具有12.5MS/s的轉(zhuǎn)換速率，能夠成功接入16通道模擬量。圖1描述的是模擬量交流采集電路。

2.2開關(guān)量輸入輸出回路設(shè)計

在煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入模塊的主要任務(wù)是完成對現(xiàn)場線路中隔離開關(guān)和斷路器運

多路開關(guān)

A/DDSP

多路開關(guān)

圖1模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)圖

電壓信號電流信號

零序電壓信號零序電流信號

電壓/電流互感器

零序電壓/零序電流互感器

前置模擬濾波

前置模擬濾波

采樣保持

采樣保持

電壓形成

電壓形成

行狀態(tài)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。而開關(guān)量輸出模塊則是收集地面監(jiān)控中心的遙控指令，并對相應(yīng)回路的跳閘或合閘進行控制。開關(guān)量輸入輸出模塊設(shè)計過程中選擇了光電耦合器，其可以降低來自于大電流、現(xiàn)場高電壓對微機系統(tǒng)造成的電磁干擾。

2.3其他模塊

2.3.1電源模塊

電源模塊選擇了帶失壓延時功能的寬電壓輸入、高可靠性開關(guān)電源的供電方式，在正常工作狀態(tài)下由控制變壓器引入。

2.3.2顯示模塊

顯示模塊可以完成保護裝置的鍵盤處理、信息顯示和人機交互、紅外遙控接收等功能。顯示窗口選擇了4.3英寸的漢字液晶顯示器，同時配備了燈光指示信息，其不僅可以使人機界面清晰易懂，而且還可以更為直觀地呈現(xiàn)出保護裝置的運行信息。同時，顯示模塊可以借助按鈕、鍵盤和紅外遙控器來完成一系列操作，使操作方便、可靠、安全。

3煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控軟件系統(tǒng)選擇C語言進行編程，由主程序和一系列功能模塊子程序構(gòu)成模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。功能模塊子程序包括了測控部分計算模塊、系統(tǒng)初始化模塊、顯示模塊、人機接口模塊、故障處理模塊、中斷服務(wù)模塊、串行通信中斷模塊等。主程序既可以完成裝置自檢和系統(tǒng)初始化等任務(wù)，還可以完成電流、功率、電壓等因數(shù)的計算和液晶顯示、溫度測量及鍵盤掃描等操作。由于欠壓和過壓保護并未對時間提出較高的要求，因此也可以借助

主程序完成。采樣中斷模塊需要完成對模擬量的采集，并且每個通道的采集都需要分別保存差分數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)。采樣中斷程序中每完成一個采樣周期都需要調(diào)用一次故障檢測模塊，以確保系統(tǒng)安全、高效運行。

4煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用功能

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠應(yīng)用于無人值守變電所，而且能夠促進改進傳統(tǒng)變電所。無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用功能十分多樣，下面從保護功能、報警功能、測控功能、軟功能件及其他功能五個方面進行分析。

a)保護功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)電流瞬時速斷和限shi速斷，而且能夠很大程度地避免漏電，并通過自動重合閘對系統(tǒng)和設(shè)備進行保護，實現(xiàn)過電流保護和電機保護；

b)報警功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)對電流進行了設(shè)置，一旦電流超過限制額度就會自動報警。另外，無人值守監(jiān)控系統(tǒng)還會對斷路器和瓦斯進行監(jiān)控和監(jiān)測，如果斷路器發(fā)生故障或瓦斯超過限定額度，該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)也會發(fā)出警報，提醒地面監(jiān)控中心及時處理問題和故障；

c)測控功能。應(yīng)用煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)遙信、遙調(diào)、遙控及交流采樣遙測的測控功能；

d)軟件功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)除了能夠?qū)χ鹘泳€圖及設(shè)備運行狀況進行遠程監(jiān)視、及時顯示綜合自動化裝置傳輸?shù)母鞣N遙信數(shù)據(jù)和遙測數(shù)據(jù)外，還可以對設(shè)備的狀況進行實時監(jiān)測，憑借邏輯識別對自動分合閘下達命令并進行控制。同時，無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能還對故障和問題進行遠

程診斷及對各種事故、越限、報警進行詳細記錄等；

e)其他功能。煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)除了具備上述保護、報警、測控、軟件功能外，還具備事故錄波等功能，通過交流采樣技術(shù)進行動態(tài)跟蹤，省略直流變送器的環(huán)節(jié)，詳細記錄故障波型，分辨故障種類和位置，遠程掌控變電所的實際狀況

4.2煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價值

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用對于經(jīng)濟效益、社會效益和技術(shù)水平的提高均具有積極意義。

a)應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)之后，煤礦值班人員可以根據(jù)實際情況使用地面監(jiān)控主機對生產(chǎn)進行調(diào)控和管理，設(shè)備維修人員也能夠依據(jù)相應(yīng)的故障報警對故障予以針對性的解決，主要的是管理層可以憑借無人值守監(jiān)控系統(tǒng)提供的詳細數(shù)據(jù)和各種信息提高決策的合理性和科學(xué)性；

b)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效促進煤礦生開采和運輸?shù)挠行蜻M行，降低由于操作失誤而導(dǎo)致事故發(fā)生的幾率，據(jù)現(xiàn)階段調(diào)查研究可以得出，該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)可以降低六成～八成的事故；

c)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)中使用的優(yōu)質(zhì)工業(yè)控制機不僅可以增強煤礦井下采區(qū)變電所的可靠性，保證變電所的安全，提升變電所解決問題和事故的能力，而且能夠彌補低壓開關(guān)存在的顯示方面和記憶存儲方面的不足；

d)煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中，憑借系統(tǒng)操作簡便、維護難度低、自動化水平高的優(yōu)勢，為煤礦井下采區(qū)變電所節(jié)約了大量人力、物力和財力，減少了維護設(shè)備和系統(tǒng)所需的人數(shù)。詳細來說，在應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)時，變電所僅安排相應(yīng)的巡視人員就可以滿足需要，相比于原本的人員安排，變電所就可以減少4名員工，如果以年計算，每一個變電所則可以節(jié)省大約6×10?元的人工工時運行費用。另外，應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)每年還可以降低八成左右的停電事故，提高煤礦的開采總量和開采效率，促使每年的煤礦開采總量增加1×10?t左右，進而增加500×10?元的經(jīng)濟收益。

總之，煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的應(yīng)用價值，在應(yīng)用該無人值守監(jiān)控系統(tǒng)之后，可以有效增強地面對井下采區(qū)的控制，在及時發(fā)現(xiàn)問題和故障的同時，為問題和故障的處理提供了更多時間，提高監(jiān)控監(jiān)測的可靠程度，并為煤礦井下供電系統(tǒng)的自動化管理提供了可能。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

5.1概述

針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護裝置等設(shè)備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)對變電站quan方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。

5.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和運行維護。

5.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

5.4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

5.4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

5.4.4運行報表：查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)。

5.4.5實時告警：具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

5.4.6歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

5.4.7電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況。

5.4.8用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

5.4.9網(wǎng)絡(luò)拓撲圖：支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.4.10電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

5.4.11遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。

5.4.12故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

5.4.13事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。

5.4.14Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

5.4.15APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)語

煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠提高管理質(zhì)量和管理效率，而且能夠大大增加可靠性和安全性。所以需要促進無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的普及和推廣，促使煤礦井下采區(qū)變電所的革新，從而實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

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[5]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。