常村煤礦供電系統(tǒng)數(shù)字化無人值守方案設(shè)計

姚 武

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

1 項目建設(shè)的必要性

常村煤礦的主要變電站目前仍采用專人值守方式，這種傳統(tǒng)的值班方式不僅效率低，而且運行維護成本高，對于礦井變電站的整體發(fā)展有一定的阻礙。通過對現(xiàn)有供電系統(tǒng)進行數(shù)字化無人值守改造，在提高電氣設(shè)備自動化的基礎(chǔ)上，不僅能提高變電站管理效率、降低運行成本，并且能大大提高供電系統(tǒng)的安全性。2017年國家煤礦安監(jiān)總局新發(fā)布的《煤礦安全生產(chǎn)標準化》一書中已明確要求礦井主要變電所要采用集中遠程控制，實現(xiàn)無人值守。從內(nèi)因、外因綜合考慮，礦井供電系統(tǒng)數(shù)字化、無人化建設(shè)已迫在眉睫。

1.1 提高電力運行的安全性

遠程電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對變電所配電設(shè)備的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、報警顯示、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計報表等功能，實現(xiàn)電力運行管理、實時用電計量管理、故障定位管理、視頻監(jiān)控管理，達到設(shè)備高效安全運行、無人自動值守和現(xiàn)代化管理。目前常村煤礦沒有一套完整的集中監(jiān)控系統(tǒng)，無法實現(xiàn)電力系統(tǒng)的遠程統(tǒng)一調(diào)度及管理。無人值守變電站的實現(xiàn)可以使變電站在綜合自動化程序控制下,對變電站的實時運行情況進行監(jiān)測監(jiān)控、分析管理，構(gòu)建全面發(fā)展的先進管理方式，從而提高供電系統(tǒng)的安全性。

1.2 實現(xiàn)運行的節(jié)能減排

通過無人值守變電站的改造，對電力監(jiān)控數(shù)據(jù)實現(xiàn)合理的分類處理并進行充分的信息挖掘，在滿足供電安全性、電能質(zhì)量合格率等生產(chǎn)管理需要的前提下，對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，例如變壓器負載率等，根據(jù)實際情況做出有利的、合理的運行決策支持措施，通過電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)電力系統(tǒng)的合理運行，有效節(jié)約能源；對于設(shè)備的運行時間、工作狀態(tài)等進行統(tǒng)計分析，制定合理的、適合設(shè)備運行工況的運行措施，延長設(shè)備的使用壽命。另外還可以通過電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)各類型設(shè)備的能耗分析，查找出耗能設(shè)備等，制定合理的應(yīng)對方法，節(jié)約電能。

1.3 減少運營維護的成本

常村煤礦變電所數(shù)量多、地點分散、缺乏智能化統(tǒng)一監(jiān)控管理手段，每個變電站均需要值班人員。若實現(xiàn)無人值守，在監(jiān)控中心統(tǒng)一管理，人員投入至少可以減少三分之二。

2 項目概述

常村煤礦數(shù)字化系統(tǒng)將從裝備先進化、管理自動化入手，提高供電系統(tǒng)運行管理效率，針對目前常村煤礦變電所主要依靠人工值班監(jiān)控的弊端，提出實現(xiàn)少人值守/無人值守操作的目標，在調(diào)度中心遠程完成監(jiān)控工作，瞄準國際先進煤礦生產(chǎn)自動化系統(tǒng)技術(shù)，在常村煤礦建成一套適合我國現(xiàn)有基礎(chǔ)條件，具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)，集數(shù)據(jù)、視頻、語音為一體的供電系統(tǒng)數(shù)字化無人值守系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成后達到的效果就是減員、增效、保安全。

常村煤礦無人值守系統(tǒng)是對井上和井下的電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境、安防等設(shè)備進行實時集中監(jiān)控，最終實現(xiàn)各供配電子站設(shè)施無人值守、遠程巡檢、線上實時監(jiān)控、線下巡視檢修的自動化目標。

無人值守項目分為監(jiān)控主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)。其中監(jiān)控主站系統(tǒng)位于監(jiān)控中心，是無人值守項目的核心部分，起到非常重要的作用；子站系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和規(guī)約轉(zhuǎn)換等多功能于一體，將各配電室的設(shè)備運行數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息進行匯集、過濾、處理后上傳給監(jiān)控主站系統(tǒng)，起到承上啟下的作用[1]。無人值守項目可在常村煤礦內(nèi)實現(xiàn)無人值守和電氣一體化監(jiān)視。其中，監(jiān)控主站系統(tǒng)包括SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))子系統(tǒng)、輔助監(jiān)控子系統(tǒng)等。

1) SCADA子系統(tǒng)：對常村煤礦內(nèi)變電所的保護裝置或低壓儀表的數(shù)據(jù)統(tǒng)一監(jiān)視。對監(jiān)控子站中所需監(jiān)控的一次設(shè)備實現(xiàn)SCADA功能，即通過當?shù)乇O(jiān)控子系統(tǒng)實現(xiàn)本地設(shè)備的監(jiān)視與控制，實現(xiàn)配電網(wǎng)的優(yōu)化運行。

2) 輔助監(jiān)控子系統(tǒng)：對子站中的溫濕度、風(fēng)機、照明、煙感、氣體、水位、門禁、視頻等輔助設(shè)備進行監(jiān)控與管理，實現(xiàn)聯(lián)動控制、定時巡檢、手動巡檢、視頻聯(lián)切等功能。

3) 接口：實現(xiàn)與MIS(管理信息系統(tǒng))等其他電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接口功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另外，系統(tǒng)開放通訊協(xié)議，滿足接入其他系統(tǒng)的需求。

3 系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 技術(shù)方案

常村煤礦無人值守系統(tǒng)主要包括2個子系統(tǒng)：電力監(jiān)控主站系統(tǒng)(SCADA子系統(tǒng))、無人值守類輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(輔助監(jiān)控子系統(tǒng))。常村煤礦無人值守項目的總體設(shè)計滿足如下技術(shù)要求：

1) 整體設(shè)計要求。系統(tǒng)能夠提供交互性良好，簡單易用的可視化用戶操作界面，方便日常操作使用，提高實際效率。系統(tǒng)的擴展必須易于操作，擴容的設(shè)備接入通訊系統(tǒng)，進行簡單的參數(shù)配置，即可實現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)擴容?；旧鲜莻€一學(xué)即會的系統(tǒng)，操作、維護都很簡易[2]。

2) 網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)計。項目中所有硬件設(shè)備均通過快速以太網(wǎng)連接，采用標準的TCP/IP、UDP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議；系統(tǒng)運行于三層結(jié)構(gòu)模式下，網(wǎng)上各臺機器相互冗余，服務(wù)器雙機雙網(wǎng)，保證系統(tǒng)在一臺異?；蛘呔W(wǎng)絡(luò)異常時數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)功能不受影響。系統(tǒng)采用主備前置、主備服務(wù)器雙網(wǎng)設(shè)計。視頻網(wǎng)絡(luò)與SCADA數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分開[3]。

3) 硬件設(shè)備設(shè)計。項目采用跨平臺的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置方案，服務(wù)器端或服務(wù)端不僅可采用基于RISC芯片的工程工作站如SUN、IBM、HP-ALPHA等，還可采用基于多Intel 處理器芯片的大型機架式服務(wù)器，在服務(wù)器上運行Unix、Linux、Windows 2008/2012 Server等操作系統(tǒng)。

4) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。項目采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫方式實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)實時性和標準性的雙重要求；系統(tǒng)所保存的歷史數(shù)據(jù)均按照通用的標準數(shù)據(jù)庫格式存放，支持SQL語言查詢；數(shù)據(jù)庫有極高的安全性，所有經(jīng)采集的數(shù)據(jù)均不能修改。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

3.2.1 體系架構(gòu)

項目采用分層、分區(qū)的分布式結(jié)構(gòu)，按監(jiān)控主站系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和子站系統(tǒng)配置。主站系統(tǒng)實現(xiàn)各站運行監(jiān)視，子站系統(tǒng)負責(zé)對應(yīng)子站的系統(tǒng)監(jiān)測，輔助監(jiān)控系統(tǒng)對各配電室和變電所的輔助設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)視和控制，電力設(shè)備一體化運維部署在監(jiān)控中心。

1) 監(jiān)控主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)。監(jiān)控主站系統(tǒng)位于集中控制室內(nèi)，由前置服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控主機、打印機、輔助系統(tǒng)服務(wù)器及不間斷電源等組成，實現(xiàn)配電設(shè)備的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、報警顯示、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計報表等功能。輔助系統(tǒng)實現(xiàn)照明、風(fēng)機、煙感、溫濕度、門禁、紅外、水浸、視頻等設(shè)備的監(jiān)視與遠程控制，定時巡檢，生成巡檢報告。子站系統(tǒng)為多個配電室/開閉所組成的監(jiān)控群，站端系統(tǒng)設(shè)備主要是指配電室/開閉所內(nèi)部的配電設(shè)備。

2) 通訊網(wǎng)絡(luò)。變電所需布置光纖通道實現(xiàn)視頻和數(shù)據(jù)的傳輸功能。

3.2.2 功能架構(gòu)

SCADA電力監(jiān)控子系統(tǒng)具有以下功能：數(shù)據(jù)采集和處理、圖形、告警、歷史數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、集控、電網(wǎng)控制、權(quán)限管理、遠程診斷與分析等。輔助監(jiān)控子系統(tǒng)用于隧道內(nèi)輔助設(shè)備的集中管理與控制，具有以下功能：數(shù)據(jù)采集和處理、圖形、報警、歷史數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、安防控制系統(tǒng)(紅外、門禁)、消防控制系統(tǒng)(煙感、火災(zāi)報警)、巡檢系統(tǒng)(手動巡檢、自動巡檢)、環(huán)境監(jiān)測(溫濕度、水位)、設(shè)備控制(風(fēng)機、照明、門禁)、視頻聯(lián)動等。

4 結(jié) 語

通過對常村煤礦供電系統(tǒng)進行數(shù)字化改造，使變電所具備無人值守條件，不僅可以提高供電系統(tǒng)運行的安全性，減少運行維護成本，更為將來智能化礦山建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。