淺談礦井變電站綜合自動化技術(shù)應(yīng)用

郭玉峰

(西山煤電集團公司 發(fā)電事業(yè)部， 山西 太原 030053)

我國煤炭生產(chǎn)自動化、信息化水平的提升，各種重裝備、新設(shè)備的投入，使煤礦電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電力網(wǎng)絡(luò)愈加復雜。為保障井下供電系統(tǒng)的安全性、可靠性，對礦井變電站提出了更高要求。變電站綜合自動化技術(shù)是一種通過集成化和智能化的技術(shù)手段，將變電站內(nèi)設(shè)備聯(lián)系為一個動態(tài)整體，并通過傳感器收集站設(shè)備運行數(shù)據(jù)信息傳入系統(tǒng)后臺進行分析比對，從而為站內(nèi)設(shè)備及日常供電提供合理可靠的保障。

1 煤礦地面變電站情況

1) 設(shè)備可靠性。

礦井變電站是根據(jù)井下工作面開采情況而同時建設(shè)，站齡普遍較長，一次設(shè)備均存在不同程度的老化和損壞。各礦區(qū)建站初始，根據(jù)自身情況需要，設(shè)備選型和配置較為雜亂，難以滿足現(xiàn)階段供電需求；設(shè)備整體過時情況較為嚴重，部分35(6)kV開關(guān)柜配件已無法繼續(xù)生產(chǎn)。

多數(shù)礦井變電站建設(shè)于采空區(qū)上，且站內(nèi)建筑均為磚混結(jié)構(gòu)，而地形沉陷會導致樓體發(fā)生形變，間接使35(6) kV變電柜發(fā)生形變，為日常供電保障和檢修維護帶來了極大的不便。各站智能化程度較低，大多數(shù)停送電均需人工就地操作，容易造成設(shè)備損害甚至危及操作人員生命安全。

站內(nèi)監(jiān)測手段普遍較為落后，監(jiān)控及保護端因設(shè)備兼容性較差或與后臺系統(tǒng)匹配程度較低，站內(nèi)管理人員不能及時掌握設(shè)備運行情況，在突發(fā)情況下無法做出正確干預，導致事故進一步擴大甚至全站失電，影響礦井經(jīng)濟效益甚至危及井下工作人員生命安全。

2) 工作人員專業(yè)素質(zhì)。

各站內(nèi)運維人員專業(yè)技術(shù)水平有待提高。礦井變電站的操作主要由運維人員完成，其文化和技術(shù)水平直接影響到礦井生產(chǎn)的供電保障。礦井變電站操作較為簡單，且大部分35 kV變電站負荷種類較少，所以各礦在根據(jù)采煤工作面進展情況建設(shè)變電站時，降低了對站內(nèi)運維人員選拔上的標準，加之多數(shù)變電站地處人跡罕至的深山之中，導致部分運維人員工作積極性不高，業(yè)務(wù)水平進步緩慢。

部分運維人員為非本專業(yè)人員，缺乏對事故處理經(jīng)驗，只會做一些數(shù)據(jù)報送或站內(nèi)巡視工作，對站內(nèi)設(shè)備功能及各項技術(shù)參數(shù)不能充分掌握，如遇到突發(fā)設(shè)備或線路故障情況，無法做出及時有效的處理措施，可能導致事故進一步擴大甚至全站失電。

3) 設(shè)備常規(guī)維護改造。

若對礦井變電站僅進行常規(guī)維護性改造，成本過高，且改造后新替換設(shè)備的操作方法需站內(nèi)人員耗費一定時間進行摸索熟悉。礦井變電站內(nèi)所使用后臺系統(tǒng)及一、二次設(shè)備信息收集若無法保證及時準確，無法與之相連的各級變電站形成有效串聯(lián)，如遇事故發(fā)生，則需要當值人員通過電話請示工區(qū)負責人進行操作，該過程耗費時間，且部分問題語言難以描述清晰，可能導致事故進一步擴大甚至波及整體電網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)

2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)簡介

變電站綜合自動化是將變電站的二次設(shè)備(包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等)通過合理的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用現(xiàn)階段先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對站內(nèi)運行設(shè)備和輸配電線路的自動測量、監(jiān)測、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。

變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用多后臺計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)代替日常運行中的測量和監(jiān)視儀表，替換普通變電站中的控制屏。中央信號系統(tǒng)和遠動屏，利用微機保護替代常規(guī)的繼電保護，改善了常規(guī)繼電保護無法與外界通信的缺點。通過計算集成化技術(shù)，使各個設(shè)備之間可以互相交換信息，數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)變電站運行期間自動監(jiān)視、管理、協(xié)調(diào)和控制，提高了變電站內(nèi)部的保護和控制性能，使得變電站在供電期間變得更為可靠，并且整體提高了供電網(wǎng)絡(luò)的控制水平。同時，變電站整體布局得到有效改善，占地面積更小，也更容易適應(yīng)各種極端地貌及天氣。

2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)點

1) 設(shè)備管理。

通過初期對站內(nèi)電氣設(shè)備的信息錄入，可在系統(tǒng)主機內(nèi)建立設(shè)備電子臺賬，記錄包括廠家、型號、生產(chǎn)日期、運行時長、檢修維護情況等信息，有效杜絕站內(nèi)設(shè)備管理混亂情況。在運行維護人員進行檢修維護和故障消缺作業(yè)時，可以及時了解各設(shè)備的現(xiàn)役狀況，對故障進行研判，縮短故障處理時間，為供電安全做出有效保障。

2) 事故預警。

在站內(nèi)各電氣設(shè)備運行期間，變電站綜合自動化系統(tǒng)不間斷收集匯總并分析各項指標數(shù)據(jù)，實時上傳至終端計算機可視化窗口，提醒在場運行維護人員勘察設(shè)備運行情況，使設(shè)備在發(fā)生事故前，工作人員可以有充足的時間將故障設(shè)備及時從供電系統(tǒng)中剝離，有效降低和避免因設(shè)備故障而引發(fā)的停電事故。

3) 溫度實時監(jiān)測。

通過環(huán)境傳感器實時監(jiān)測變壓器、母線、開關(guān)、刀閘等關(guān)鍵設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，并將各項數(shù)據(jù)實時顯示在終端計算機溫度控制模塊中。在設(shè)備溫度發(fā)生異常變化時，及時發(fā)出警報提醒當值運行人員，并及時采取除濕和降溫操作，避免因溫控和濕控工作疏忽導致站內(nèi)設(shè)備損壞。

4) 遠端設(shè)備操作。

在變電站停送電和日常設(shè)備檢修期間，可通過遠端計算機控制對設(shè)備的啟停、開關(guān)和刀閘的開閉進行一鍵操作，避免了運維人員就地操作設(shè)備帶來的安全隱患，杜絕了人身傷亡事故的發(fā)生。

5) 設(shè)備及線路瞬時切換。

當變電站內(nèi)設(shè)備或供電線路遇到突發(fā)緊急故障時，系統(tǒng)根據(jù)提前錄入編寫的突發(fā)事故處理程序，在故障發(fā)生的瞬時投切備用設(shè)備或備選供電線路，極大程度縮短主變設(shè)備切換的時間，保證礦井工作面用電負荷正常供電，從根本上杜絕井下因失電而帶來的經(jīng)濟損失和人身傷亡事情的發(fā)生。與此同時，系統(tǒng)向后臺計算機發(fā)送設(shè)備動作警報，提醒當值運維人員查看停運設(shè)備或線路，使事故能夠及時被人為干預，避免變電站內(nèi)設(shè)備損壞或發(fā)生停電連跳事故波及其余變電站。

3 煤礦變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能

1) 運行設(shè)備智能控制。

通過綜合自動化系統(tǒng)可實現(xiàn)負荷開關(guān)和刀閘的遠程分合、變電柜手車進出的遙控等操作，避免了運行檢修人員因疏忽進行帶電操作或誤入帶電間隔，保障了人員的生命安全以及站內(nèi)設(shè)備運行安全。也可將固定操作流程編入系統(tǒng)內(nèi)，在設(shè)備從運行和檢修狀態(tài)切換時，做到一鍵自動切換，縮短操作時間。通過對電壓、電流和開關(guān)量信息的采集，幫助運維人員判斷就地設(shè)備的開關(guān)或刀閘是否到位、工作區(qū)域是否帶電，并可遠端控制設(shè)備柜門的開合，保障現(xiàn)場工作安全。

2) 設(shè)備運行監(jiān)測。

對站內(nèi)主要設(shè)備安裝的測溫感應(yīng)器、局放傳感器、弧光傳感器、機械特性傳感器收集的數(shù)據(jù)進行實時同步整理分析，并將該數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)后臺中，利用邊緣計算程序與原設(shè)額定數(shù)值進行比對。當數(shù)據(jù)與額定數(shù)據(jù)不符時，通過預設(shè)調(diào)節(jié)方式進行干預，將干預指令內(nèi)容實時記錄在案，并在數(shù)據(jù)恢復正常前，持續(xù)向主系統(tǒng)推送相應(yīng)環(huán)境量值。

3) 電纜故障監(jiān)測。

利用系統(tǒng)中“相不對稱”接地故障監(jiān)測技術(shù)，并通過以太網(wǎng)與主機相連，在電纜發(fā)生故障時，及時精準的找到故障發(fā)生點，縮短事故持續(xù)時間，避免因未能及時找到電纜故障點而導致事故進一步擴大，甚至造成全站失電。

4) 瞬時故障剝離。

當站內(nèi)運行設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)在極短時間內(nèi)做出研判，找出事故點并將其切斷，將故障設(shè)備及時從電網(wǎng)內(nèi)剝離；與此同時，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)故障自救策略，及時啟用備用設(shè)備或電路，保障供電的安全和質(zhì)量，避免因一站故障而導致多級連跳的事故發(fā)生，維持整體電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運行。

5) 變壓器狀態(tài)監(jiān)測。

通過對變壓器內(nèi)油溫、油量、繞組溫度、繞組阻值等各項數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，并根據(jù)邊緣計算方法提取出變壓器運行狀態(tài)時的有效表征量，實現(xiàn)對變壓器運行狀態(tài)的在線監(jiān)測和自動控制。根據(jù)內(nèi)部繞組的損耗發(fā)熱機理、溫度分布的規(guī)律，及時對變壓器運行做出調(diào)整，保障整體電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運行。通過收集到的數(shù)據(jù)對變壓器健康情況進行正確分析，確保設(shè)備在運行期間狀態(tài)良好，杜絕設(shè)備因操作不當?shù)纫蛩赜绊懯褂脡勖?/p>

6) 智能作業(yè)記錄。

系統(tǒng)內(nèi)不僅繼承各站停送電和檢修操作票開具程序，并且在運維人員進行相關(guān)設(shè)備操作開具紙質(zhì)票據(jù)的同時，自動記錄此次作業(yè)的詳細內(nèi)容，包括作業(yè)時間、設(shè)備名稱、作業(yè)種類、操作人員等，在后期對設(shè)備進行維保工作時，便于運維人員查看各設(shè)備的現(xiàn)役情況，延長設(shè)備使用壽命。

4 效益分析

變電站綜合自動化系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)工作供電區(qū)域內(nèi)整體投運，可加強各級變電站間的信息交流，極大程度地縮短各站之間的反應(yīng)動作時間。在遇到突發(fā)事故時，能在最短時間內(nèi)做出有效干預，避免事故進一步擴大導致全站失電甚至發(fā)生連跳事故波及其余各站，保障了礦井的經(jīng)濟效益和井下職工的人身安全。因變電站綜合自動化系統(tǒng)有較高的集成度和智能化，站內(nèi)大部分操作均可遠端或自動執(zhí)行，能夠縮減供電專業(yè)人才需求度，各站內(nèi)僅需留守1～2名運行監(jiān)盤人員，其余專業(yè)技術(shù)人員以工區(qū)為單位組成檢修小組，用以對工區(qū)不同變電站的定期檢修維護，縮減人工成本。

相關(guān)管理部門可對局域電網(wǎng)內(nèi)的各站設(shè)備進行規(guī)范化管理，延長設(shè)備使用壽命，避免設(shè)備因操作不當?shù)仍蛟斐杉铀倮匣驌p壞。在保障礦井供電安全的同時，提升電網(wǎng)整體供電質(zhì)量，為礦井的經(jīng)濟效益和人身安全提供可靠支撐。

5 結(jié) 語

變電站綜合自動化系統(tǒng)作為一種具有高度集成化和智能化的供電系統(tǒng)，不僅可以有效保證礦井生產(chǎn)的供電安全和供電質(zhì)量，同時可以極大程度避免因人為或設(shè)備因素帶來的不可控風險，加強對供電系統(tǒng)的管控，并為供電電網(wǎng)長期穩(wěn)態(tài)運行提供了有效的保障。