井下變電所設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用

白偉偉

(山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 雙柳煤礦，山西 柳林 033300)

煤礦井下變電所主要為采掘、運(yùn)輸以及通風(fēng)等機(jī)電設(shè)備提供電力，具體可分為中央變電所、采區(qū)變電所兩類[1]。隨著礦井采掘、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的更新?lián)Q代，井下機(jī)電設(shè)備機(jī)械化、自動(dòng)化程度不斷提升，對(duì)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提出了更高要求[2]。井下供電負(fù)荷分布分散，使用場所存在粉塵、瓦斯等安全隱患，加之部分工作人員操作不規(guī)范，時(shí)有井下供電事故發(fā)生。供電事故發(fā)生時(shí)，變電所內(nèi)配電開關(guān)常會(huì)出現(xiàn)一定的征兆，如溫度升高、電流變壓異常等[3-6]。變電所如采用人工值守方式，會(huì)存在自動(dòng)化程度低、應(yīng)激性差等問題，使得地面監(jiān)控中心無法實(shí)時(shí)掌握井下變電所運(yùn)行情況。為此，文中提出一種遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果傳輸至地面監(jiān)控中心，不僅可降低供電系統(tǒng)的故障發(fā)生率，而且可實(shí)現(xiàn)故障的精準(zhǔn)定位。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)采用集散型(DCS型)分布式計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，包括井下監(jiān)控站(布置在各變電所)以及地面監(jiān)控主站(布置在監(jiān)控中心)兩部分，見圖1。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

井下監(jiān)控站與變電所內(nèi)設(shè)備采用RS-232方式進(jìn)行通信，通信設(shè)備均內(nèi)嵌至井下監(jiān)控站。監(jiān)控站主要設(shè)備對(duì)變電所內(nèi)設(shè)備的電流、電壓、功率、溫度以及分合閘情況等進(jìn)行監(jiān)測，獲取到的信息暫時(shí)存儲(chǔ)在控制器緩沖區(qū)內(nèi)，后經(jīng)以太網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至光端機(jī)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，再將監(jiān)測結(jié)果傳輸至地面監(jiān)控主機(jī)。

地面監(jiān)控主站通過專用軟件控制井下變電站運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)分閘操作(為了確保安全，合閘操作需人工進(jìn)行)。遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)獨(dú)立于井下供電系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響井下正常供電。

1.2 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

1) 遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)可對(duì)變電所內(nèi)開關(guān)柜等設(shè)備的電流、電壓、功率、溫度等參數(shù)進(jìn)行采集，對(duì)開關(guān)柜的開斷情況、繼電保護(hù)動(dòng)作等進(jìn)行監(jiān)控，并經(jīng)專用通信線路傳輸至地面監(jiān)控主站，監(jiān)控主機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測結(jié)果[7]。

2) 遠(yuǎn)程控制。地面監(jiān)控主站可通過控制軟件對(duì)斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程分閘操作，同時(shí)可通過地面監(jiān)控主站對(duì)額定保護(hù)值進(jìn)行修改。

3) 故障報(bào)警。當(dāng)監(jiān)測到變電所內(nèi)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)接近額定保護(hù)值時(shí)，激發(fā)保護(hù)動(dòng)作，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出提示信息，提醒調(diào)度人員及時(shí)安排工作人員進(jìn)行隱患排查；當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過額定保護(hù)值時(shí)，斷路器實(shí)施分閘操作，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，并指出異常參數(shù)及異常位置，便于工作人員進(jìn)行故障診斷[8-9]。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)硬件組成

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由通信線路元件、主控芯片以及測溫電路元件等構(gòu)成。通信線路有RS-485(基于ADM2587E芯片設(shè)計(jì))、RS232(基于MAX3232ESE芯片設(shè)計(jì))等；主控芯片以MSP430F5438單片機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)；測溫電路元件以DS18b20芯片為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 通信方式

現(xiàn)階段該礦布置有CAN總線、光纖、RS-485、RS232等多種通信方式。根據(jù)礦井實(shí)際情況并考慮遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)實(shí)際需要，井上監(jiān)控主站及井下監(jiān)控站間采用RS-485通信方式，采用二線制接線，傳輸距離為1 500 m。RS-485通信方式通過使用光電隔離技術(shù)可增加監(jiān)測信號(hào)傳輸?shù)男始氨Ｕ嫘浴＞卤O(jiān)控站采用RS-232通信方式，采用三線制接線，雖然該通信方式傳輸距離較短(一般在15 m以內(nèi))，但是由于監(jiān)控設(shè)備、供電設(shè)備間距離較短，可滿足現(xiàn)場通信需要。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)軟件組成

遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)軟件采用VB、C語言設(shè)計(jì)。前者主要編寫窗口界面、后者編寫底層接口交互界面。系統(tǒng)可在Windows7、Windows10上運(yùn)行，內(nèi)存占用小。通過軟件可實(shí)時(shí)顯示井下各變電所內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況，并對(duì)監(jiān)測到的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，超過設(shè)定值即會(huì)發(fā)出報(bào)警信息。

為了提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理精度，軟件采用中值法、比較取舍法以及平均法等多種算法對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

4 應(yīng)用效果分析

山西某礦在井下變電所內(nèi)布置遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，于2018年12月份安裝、調(diào)試完畢，現(xiàn)已平穩(wěn)運(yùn)行超過2 a。在遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行期間，系統(tǒng)未出現(xiàn)任何故障，各變電所設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，可在一定程度上提升井下供電系統(tǒng)可靠性。

2019年12月，由于井下生產(chǎn)調(diào)整，需要對(duì)局部供風(fēng)機(jī)供電線路進(jìn)行切換，在切換過程中導(dǎo)致變電所電流增加、相關(guān)設(shè)備溫度偏高，遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)后，監(jiān)控中心安排專人前去變電所進(jìn)行值守，對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)處理，未出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障。

由于采用遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)時(shí)對(duì)井下變電所內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)井下變電所無人值守，僅需安排專門的巡檢人員即可，在一定程度上可提升礦井供電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，同時(shí)減少井下作業(yè)人員數(shù)量，節(jié)約成本。

5 結(jié) 語

1) 遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)通過KTK(80)/104通訊分站對(duì)變電所內(nèi)設(shè)備的電流、電壓、功率、溫度以及分合閘情況等進(jìn)行監(jiān)測，采用RS232實(shí)現(xiàn)井下監(jiān)控站與監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸、RS-485實(shí)現(xiàn)井上下信息交互，并通過地面監(jiān)控主機(jī)對(duì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析、超過設(shè)定閾值后會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2) 現(xiàn)場應(yīng)用后，該遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)測，且運(yùn)行可靠，可在一定程度上提升礦井供電系統(tǒng)的可靠性。