淺談煤礦井下無入值守變電所技術研究與應用

摘要：針對目前煤礦18luck新客户端係統主要實現變電所供配電設備的監控，未對變電所環境和人員進行監測，存在無人值守安全隱患問題，提出了煤礦無人值守變電所監控係統的技術架構，重要分析和研究了無人值守變電所環境監測及聯動技術要求，介紹了無人值守變電所環境監測和門禁聯動、語英聯動、環境聯動及視屏聯動技術的具體(ti) 實施方案。無人值守變電所環境監測及聯動技術的實施完善了煤礦無人值守變電所監控技術，提高了煤礦供電的安全性和可靠性

關(guan) 鍵詞：井下變電所；無人值守變電所；環境監測；聯動技術

0、引言

煤礦井下變電所是煤礦供配電係統的重要組成部分，它的安全可靠運行是煤礦安全生產(chan) 的基本保證。井下負荷種類繁多，區域分布廣，工作場所地質條件複雜，安全隱患多，故障排查、停送電周期長，供電故障嚴(yan) 重影響了煤礦安全生產(chan) 。隨著數字化礦山建設進程的逐步推進，煤礦用戶對井下變電所“無人值守，有人巡視"的需求變得比較迫切，但目前國內(nei) 煤礦18luck新客户端係統主要解決(jue) 供配電網絡的監測監控問題,而井下變電所仍然存在安全隱患，如變電所環境因素、人為(wei) 因素等還未納入係統監控範圍，變電所內(nei) 的安全監控範圍尚需完善。為(wei) 此，本文提出一種以層次架構為(wei) 基礎的煤礦井下無人值守變電所監控係統技術實現方案，以環境監測、門禁聯動、語英對講、視屏監控等技術手段，將多種不同業(ye) 務數據流統一到同一軟件平台上處理，實現自動邏輯判斷和協同控製，能達到真正意義(yi) 上的無人值守變電所，從(cong) 而完善了現有的煤礦供電監控係統功能,提高了煤礦供電的安全性與(yu) 可靠性。

1、無人值守變電所監控係統的技術架構

由於(yu) 供電係統有嚴(yan) 格的技術要求和管理規範，所以，以現有煤礦18luck新客户端係統為(wei) 基礎，將無人值守變電所監控係統分為(wei) 感知層、網絡層、應用層、決(jue) 策層4層結構方式實現，如圖1所示。

管理規範

安全體(ti) 係

圖1無人值守變電所監控係統架構

感知層主要由智能開關(guan) 、傳(chuan) 感器及其終端通信網絡組成，可實現電網參數、環境參數以及開關(guan) 量信息采集，並與(yu) 執行終端智能結合，實現測控一體(ti) 化。

網絡層包括物理通信網絡及其中間層通信設備，如監控分站、通信管理機、聯動接入裝置等，主要解決(jue) 係統數據傳(chuan) 輸問題，可利用現有的數據傳(chuan) 輸網絡來實現。

應用層包括基礎層、數據共享交換平台。基礎層可運行在Windows,Linux等操作係統上，支持Oracle,SqlSverver等數據庫管理係統。數據共享交換平台包括數據抽取、轉換和歸一化等過程；服務總線進行實時的數據交換。

決(jue) 策層包括數據分析、預警告警機製、控製邏輯以及預案處理等。本文主要介紹無人值守變電所環境監測、門禁聯動、語英對講、視屏監控等技術。

1. 無人值守變電所的環境監測技術

煤礦井下變電所內(nei) 一些環境參數對變電所的安全運行至關(guan) 重要，包括瓦斯、溫度、煙霧等參數，人員問題也是不容忽視的因素，因此，對變電所相關(guan) 參數實施全麵監測十分必要。

2.1瓦斯監測

變電所實行瓦斯監測主要有兩(liang) 方麵的目的：一是監測變電所環境中的瓦斯濃度，保障變電所本身運行維護的安全；二是監測開關(guan) 饋電區域的瓦斯濃度，保證停送電操作安全。瓦斯傳(chuan) 感器安裝在變電所的關(guan) 鍵位置，通過現場總線(RS485,CAN)或模擬信號傳(chuan) 輸至係統聯動接入裝置，由該聯動接入裝置完成數據采集和通信協議轉換，*終傳(chuan) 輸至係統後台進入實時數據庫。

2.2溫度監測

變電所內(nei) 設備比較集中，且設備發熱量較大，導致環境溫度相對較高，對環境實行溫度監測，保證了設備運行的合理溫度條件。同時，可對發熱量大或易產(chan) 生明火的設備單獨設置溫度傳(chuan) 感器進行監測，預防事故發生。溫度傳(chuan) 感器應根據環境狀況及功能需求進行布置，溫度實時數據通過聯動裝置或18luck新客户端分站接入監控係統。

2.3煙霧監測

變電所設備在受潮、接觸不良或故障狀況下可能導致放電或著火，產(chan) 生煙霧，可通過煙霧傳(chuan) 感器進行監測，防止事故進一步擴大。煙霧傳(chuan) 感器適當布置在靠近設備側(ce) ，數據通過聯動裝置或18luck新客户端分站接入監控係統。

2.4門禁監測

人員管理也是實現無人值守變電所的關(guan) 鍵點之一。門禁監測采用行程開關(guan) 、紅外線傳(chuan) 感器以及人員定位係統對進出變電所的人員實施嚴(yan) 格監管，對人員的進入、離開時間以及在變電所內(nei) 活動狀況進行監視和記錄，並能對巡視人員的巡視情況進行記錄考核。

2.5視屏監視

在變電所無人值守情況下，地麵集控中星的遠程監控不僅(jin) 要監測電網數據，同時也要對變電所的設備、環境和人員能有直觀的視覺監視，因此，在變電所中設置視屏攝像儀(yi) 。一般在變電所中設置2台攝像儀(yi) ，一台對出入變電所人員進行監視，另一台對變電所設備狀況進行監視。

1. 預警與(yu) 聯動技術

通過對煤礦18luck新客户端軟件進行功能擴展與(yu) 二次開發，使得煤礦18luck新客户端軟件能通過通信網絡獲得所有電網監控之外的監測數據，包括瓦斯、溫度、煙霧、門禁、語英、視屏等，軟件增加報警閾值設定功能、順序控製邏輯判斷功能、視屏解碼與(yu) 雲(yun) 台控製功能，並能在進行電網一次設備遠程操作之前完成環境數據邏輯處理和判斷，根據診斷結果發出聯動動作指令，變電所內(nei) 的聲光、語英、顯示設備在收到指令後執行動作或發出預警信號，並將執行結果傳(chuan) 送到監控後台，監控後台可實時記錄、推送監控畫麵，發出語英告警和提示信息等。

3.1 環境聯動

係統實時監測環境參數，進行一係列閾值和邏輯判斷，如果有超限情況發生，係統將立即啟動緊急預案，並且向變電所附近的人員進行語英廣播，發出聲光報警，提示該變電所發生意外狀況，必要馬上采取必要的控製措施，防止事故擴大，從(cong) 而確保變電所運行安全。

3.2 門禁聯動

變電所18luck新客户端站中聯動模塊實時監測門禁狀態，當人員進入時，觸發紅外傳(chuan) 感器，監控站將信息上傳(chuan) 至地麵監控中星，監控後台自動記錄和錄像，並推送出變電所視屏圖像，係統管理員能及時了解人員活動，並可進行語英對講，從(cong) 而實現變電所遠程監控。

3.3 語英聯動

當係統診斷出有事件發生時，地麵監控後台和變電所語英設備同時聯動，語英設備播報事件，將提醒相關(guan) 人員及時處理。IP語英對講裝置采用VOIP語英通信技術，以UDP組播方式實時傳(chuan) 輸信號，可實現多方實時對講。

3.4 視屏聯動

當係統診斷出有事件發生時，推送出該變電所視屏，地麵監控後台對事件發生的現場狀況進行影像錄像，以便事故回放和調查。攝像儀(yi) 具備網絡接口，通過就地環網交換機或18luck新客户端分站接入係統，視屏數據采用客戶/服務器模式，以UDP組播方式傳(chuan) 輸至係統後台，係統軟件采用視屏解碼SDK以及ActiveX控件顯示界麵上的控製視屏窗口，並結合邏輯控製算法實現變電所的視屏監視。

1. 無人值守變電所技術應用

煤礦無人值守變電所監控技術在天地王坡礦數字化礦山係統中投入實際應用，該項目建立了電力分控中星平台，實施了6個(ge) 變電所的監控。電力分控中星配置了連接服務器、屬性服務器、客戶端服務器和視屏服務器，並配備工程師工作站和EOW(超過操作員平台),配置一套AC800M控製器實現與(yu) 18luck新客户端站數據交互，所有18luck新客户端操作在EOW上實現。各變電所中配置了KJF9918luck新客户端站、KBA4本安攝像儀(yi) 、GHW5本安型紅外線傳(chuan) 感器、KGN1煙霧傳(chuan) 感器、KG3007A溫度傳(chuan) 感器、KXT23語英報警裝置、KXB18聲光報警器、KXH32×128信號顯示牌等環境監測和聯動設備。係統結構如圖2所示。

EOW

操作平台i

核心交換機

工業(ye) 環網

環網交換機

KJF991

KBA4

四聯動設備

KXFB2×128KXT23KG3007AKXB18

KONIGHW5

中央變電所

KJF99

三采區

變電所

KJF991

高壓開關(guan)

重量低壓開關(guan)

環網交換機

高壓開關(guan)

低壓開關(guan)

工程師工作站，

環網交換機

三采區變電所

22

KG3007AKXBI8

核心交換機

四聯動設備

四聯動設備

服務器

KG3007AKXBIX

KONIGHW5

KGNIGHW5

高壓開關(guan)

KBA4

KBA4

圖2無人值守變電所環境監測與(yu) 聯動係統實例

將變電所內(nei) 的高壓開關(guan) 綜合保護器改造為(wei) 數字化微機綜合保護器，采用RS485信號線接入主站，這是實現井下無人值守變電所的通信基礎。

2路本安攝像儀(yi) 通過光纖接入KJF9918luck新客户端站，實現在地麵調度中星對井下變電所的遠程監視，並通過軟件配合實現一係列視屏聯動功能。一旦有供電開關(guan) 故障、變電所環境參數變化或有人員進入變電所，係統會(hui) 自動切換至相關(guan) 視屏信號，後台值班人員可隨時掌握變電所的運行狀態，並可通過計算機麥克風直接與(yu) 進入井下變電所的人員進行語英對話。語英通信裝置與(yu) KJF9918luck新客户端站間通過以太網方式連接，實現地麵調度中星與(yu) 井下變電所之間的語英報警功能，達到地麵與(yu) 井下變電所之間聲音信息同步的效果。

2路門禁開關(guan) 量信號、2路紅外傳(chuan) 感器信號以電信號方式直接接人KJF9918luck新客户端站。門禁開關(guan) 和紅外傳(chuan) 感器用於(yu) 探測是否有人員進入該變電所，可與(yu) 視屏信號實現聯動。煙霧、溫度等傳(chuan) 感器通過RS485總線接入KJF9918luck新客户端站，實時監測變電所環境參數，實現環境監測聯動與(yu) 閉鎖。一旦變電所發生溫度超限或火災，係統可實現自動跳閘閉鎖，保護供電安全。通過項目實施，天地王坡礦實現了變電所“五遙四聯動"功能，即遙信、遙調、遙測、遙控、遙視以及門禁聯動、語英聯動、視屏聯動、環境聯動，提高了井下變電所無人值守的安全性。

5、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維雲(yun) 平台

5.1 概述

基於(yu) 互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的雲(yun) 端管理平台，滿足用戶或運維公司監測眾(zhong) 多變電所回路運行狀態和參數、室內(nei) 環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視屏場景等需求，實現數據一個(ge) 中星，集中存儲(chu) 、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，並完成有關(guan) 設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

5.2 應用場所

適用於(yu) 電信、金融、交通、能源、醫用衛生、文體(ti) 、教育科研、農(nong) 林水利、商業(ye) 服務、公用事業(ye) 等行業(ye) 變配電運行維護係統的新建、擴建和改建。

5.3 係統結構

係統可分為(wei) 四層：即感知層、傳(chuan) 輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀(yi) 表、溫濕度監測裝置、攝影頭、開關(guan) 量采集裝置等。除攝影頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關(guan) RS485端口。

傳(chuan) 輸層：包含現場智能網關(guan) 和交換機等設備。智能網關(guan) 主動采集現場設備層設備的數據，並可進行規約轉換，數據存儲(chu) ，並通過交換機把數據上傳(chuan) 至服務器端口，網絡故障時數據可存儲(chu) 在本地，待網絡恢複時從(cong) 中斷的位置繼續上傳(chuan) 數據，保證服務器端數據不丟(diu) 失。

應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小於(yu) 30個(ge) 則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關(guan) 主動傳(chuan) 送過來的數據。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平台信息。

5.4 係統功能

5.4.1 用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設置為(wei) 月。

5.4.2 站點監測

站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

5.4.3 變壓器狀態

變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個(ge) 站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4 運維

運維展示當前用戶管理的有關(guan) 變電所在地圖上位置及總量信息。

5.4.5 配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guan) 狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。

5.4.6 視屏監控

視屏監控展示了當前實時畫麵（視屏直播），選中某一個(ge) 變配電站，即可查看該變配電站內(nei) 視屏信息。

5.4.7 電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。

5.4.8 警報信息

對平台所有警報信息進行分析。

5.4.9 任務管理

任務管理頁麵可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體(ti) 的巡檢信息。

5.4.10 用戶報告

用戶報告頁麵主要用於(yu) 對選定的變配電站自動匯總一個(ge) 月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、警報事件等進行統計分析，並列出在該周期內(nei) 巡檢時發現的各類缺失及處理情況。

5.4.11 APP監測

電力運維手機支持“監控係統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺失記錄"、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視屏、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件警報查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

5.5 係統硬件配置

6、結語

隨著數字化礦山建設步伐進一步加快，煤礦對井下無人值守變電所的需求將越來越多，無人值守變電所環境監測和聯動技術完善了煤礦井下無人值

守變電所監控係統功能，為(wei) 礦山供電提供了安全保障，必將得到廣泛的應用和推廣，也為(wei) 煤礦18luck新客户端係統技術的發展以及煤礦變電所建設提供了技術保證。

7、參考文獻

[1]王彥文，高彥.煤礦供電技術[M].北京：中國礦業(ye) 大學出版社，2012.

[2]喬(qiao) 淑雲(yun) ，李德臣，邵曉根.煤礦電網災害監控預警係統的設計與(yu) 實現[J].工礦自動化，2009,35(1):57-59.

[3]王敏，楊旭彬.無人值守變電所在煤礦井下的應用[J].煤，2012,21(4):30-31.

[4]錢繼學.基於(yu) PLC的井下變電所自動控製係統應用[J].煤礦機械，2011(6):231-233.

[5]高建勳，周丹.變電站視屏及環境監控係統在SCADA係統中的應用[J].電力係統通信，2011,32(228):39-43.

[6]王海波，史友仁.煤礦18luck新客户端係統的研究與(yu) 應用[J].工礦自動化，2009,35(7):130-132.

[7]王金華,煤礦井下無人值守變電所技術研究與(yu) 應用

[8]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用設計,2019,11版。

安科瑞侯文莉