郭玉峰

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

我國煤炭生產(chǎn)自動(dòng)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(fù)雜。為保障井下供電系統(tǒng)的安全性、可靠性，對(duì)礦井變電站提出了更高要求。變電站綜合自動(dòng)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(gè)動(dòng)態(tài)整體，并通過傳感器收集站設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息傳入系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行分析比對(duì)，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(shí)建設(shè)，站齡普遍較長(zhǎng)，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(shí)情況較為嚴(yán)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(huì)導(dǎo)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(hù)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(cè)手段普遍較為落后，監(jiān)控及保護(hù)端因設(shè)備兼容性較差或與后臺(tái)系統(tǒng)匹配程度較低，站內(nèi)管理人員不能及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行情況，在突發(fā)情況下無法做出正確干預(yù)，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大甚至全站失電，影響礦井經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(yùn)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(jiǎn)單，且大部分35 kV變電站負(fù)荷種類較少，所以各礦在根據(jù)采煤工作面進(jìn)展情況建設(shè)變電站時(shí)，降低了對(duì)站內(nèi)運(yùn)維人員選拔上的標(biāo)準(zhǔn)，加之多數(shù)變電站地處人跡罕至的深山之中，導(dǎo)致部分運(yùn)維人員工作積極性不高，業(yè)務(wù)水平進(jìn)步緩慢。

部分運(yùn)維人員為非本專業(yè)人員，缺乏對(duì)事故處理經(jīng)驗(yàn)，只會(huì)做一些數(shù)據(jù)報(bào)送或站內(nèi)巡視工作，對(duì)站內(nèi)設(shè)備功能及各項(xiàng)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(shí)有效的處理措施，可能導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大甚至全站失電。

3) 設(shè)備常規(guī)維護(hù)改造。

若對(duì)礦井變電站僅進(jìn)行常規(guī)維護(hù)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(fèi)一定時(shí)間進(jìn)行摸索熟悉。礦井變電站內(nèi)所使用后臺(tái)系統(tǒng)及一、二次設(shè)備信息收集若無法保證及時(shí)準(zhǔn)確，無法與之相連的各級(jí)變電站形成有效串聯(lián)，如遇事故發(fā)生，則需要當(dāng)值人員通過電話請(qǐng)示工區(qū)負(fù)責(zé)人進(jìn)行操作，該過程耗費(fèi)時(shí)間，且部分問題語言難以描述清晰，可能導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大甚至波及整體電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備(包括測(cè)量?jī)x表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等)通過合理的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)階段先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)運(yùn)行設(shè)備和輸配電線路的自動(dòng)測(cè)量、監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用多后臺(tái)計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系統(tǒng)代替日常運(yùn)行中的測(cè)量和監(jiān)視儀表，替換普通變電站中的控制屏。中央信號(hào)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)屏，利用微機(jī)保護(hù)替代常規(guī)的繼電保護(hù)，改善了常規(guī)繼電保護(hù)無法與外界通信的缺點(diǎn)。通過計(jì)算集成化技術(shù)，使各個(gè)設(shè)備之間可以互相交換信息，數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行期間自動(dòng)監(jiān)視、管理、協(xié)調(diào)和控制，提高了變電站內(nèi)部的保護(hù)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(shí)，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(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1) 設(shè)備管理。

通過初期對(duì)站內(nèi)電氣設(shè)備的信息錄入，可在系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)建立設(shè)備電子臺(tái)賬，記錄包括廠家、型號(hào)、生產(chǎn)日期、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、檢修維護(hù)情況等信息，有效杜絕站內(nèi)設(shè)備管理混亂情況。在運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行檢修維護(hù)和故障消缺作業(yè)時(shí)，可以及時(shí)了解各設(shè)備的現(xiàn)役狀況，對(duì)故障進(jìn)行研判，縮短故障處理時(shí)間，為供電安全做出有效保障。

2) 事故預(yù)警。

在站內(nèi)各電氣設(shè)備運(yùn)行期間，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不間斷收集匯總并分析各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)上傳至終端計(jì)算機(jī)可視化窗口，提醒在場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員勘察設(shè)備運(yùn)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(shí)間將故障設(shè)備及時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

通過環(huán)境傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在終端計(jì)算機(jī)溫度控制模塊中。在設(shè)備溫度發(fā)生異常變化時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)提醒當(dāng)值運(yùn)行人員，并及時(shí)采取除濕和降溫操作，避免因溫控和濕控工作疏忽導(dǎo)致站內(nèi)設(shè)備損壞。

4) 遠(yuǎn)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(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制對(duì)設(shè)備的啟停、開關(guān)和刀閘的開閉進(jìn)行一鍵操作，避免了運(yùn)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(shí)切換。

當(dāng)變電站內(nèi)設(shè)備或供電線路遇到突發(fā)緊急故障時(shí)，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(shí)投切備用設(shè)備或備選供電線路，極大程度縮短主變?cè)O(shè)備切換的時(shí)間，保證礦井工作面用電負(fù)荷正常供電，從根本上杜絕井下因失電而帶來的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事情的發(fā)生。與此同時(shí)，系統(tǒng)向后臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送設(shè)備動(dòng)作警報(bào)，提醒當(dāng)值運(yùn)維人員查看停運(yùn)設(shè)備或線路，使事故能夠及時(shí)被人為干預(yù)，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(dòng)化系統(tǒng)的功能

1) 運(yùn)行設(shè)備智能控制。

通過綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷開關(guān)和刀閘的遠(yuǎn)程分合、變電柜手車進(jìn)出的遙控等操作，避免了運(yùn)行檢修人員因疏忽進(jìn)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(yùn)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(yùn)行和檢修狀態(tài)切換時(shí)，做到一鍵自動(dòng)切換，縮短操作時(shí)間。通過對(duì)電壓、電流和開關(guān)量信息的采集，幫助運(yùn)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(yuǎn)端控制設(shè)備柜門的開合，保障現(xiàn)場(chǎng)工作安全。

2) 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)。

對(duì)站內(nèi)主要設(shè)備安裝的測(cè)溫感應(yīng)器、局放傳感器、弧光傳感器、機(jī)械特性傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步整理分析，并將該數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)后臺(tái)中，利用邊緣計(jì)算程序與原設(shè)額定數(shù)值進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)數(shù)據(jù)與額定數(shù)據(jù)不符時(shí)，通過預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行干預(yù)，將干預(yù)指令內(nèi)容實(shí)時(shí)記錄在案，并在數(shù)據(jù)恢復(fù)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(cè)。

利用系統(tǒng)中“相不對(duì)稱”接地故障監(jiān)測(cè)技術(shù)，并通過以太網(wǎng)與主機(jī)相連，在電纜發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)精準(zhǔn)的找到故障發(fā)生點(diǎn)，縮短事故持續(xù)時(shí)間，避免因未能及時(shí)找到電纜故障點(diǎn)而導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至造成全站失電。

4) 瞬時(shí)故障剝離。

當(dāng)站內(nèi)運(yùn)行設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)在極短時(shí)間內(nèi)做出研判，找出事故點(diǎn)并將其切斷，將故障設(shè)備及時(shí)從電網(wǎng)內(nèi)剝離；與此同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)故障自救策略，及時(shí)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(dǎo)致多級(jí)連跳的事故發(fā)生，維持整體電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。

5) 變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

通過對(duì)變壓器內(nèi)油溫、油量、繞組溫度、繞組阻值等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)邊緣計(jì)算方法提取出變壓器運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的有效表征量，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。根據(jù)內(nèi)部繞組的損耗發(fā)熱機(jī)理、溫度分布的規(guī)律，及時(shí)對(duì)變壓器運(yùn)行做出調(diào)整，保障整體電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。通過收集到的數(shù)據(jù)對(duì)變壓器健康情況進(jìn)行正確分析，確保設(shè)備在運(yùn)行期間狀態(tài)良好，杜絕設(shè)備因操作不當(dāng)?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(yùn)維人員進(jìn)行相關(guān)設(shè)備操作開具紙質(zhì)票據(jù)的同時(shí)，自動(dòng)記錄此次作業(yè)的詳細(xì)內(nèi)容，包括作業(yè)時(shí)間、設(shè)備名稱、作業(yè)種類、操作人員等，在后期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維保工作時(shí)，便于運(yùn)維人員查看各設(shè)備的現(xiàn)役情況，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

4 效益分析

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)工作供電區(qū)域內(nèi)整體投運(yùn)，可加強(qiáng)各級(jí)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(dòng)作時(shí)間。在遇到突發(fā)事故時(shí)，能在最短時(shí)間內(nèi)做出有效干預(yù)，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大導(dǎo)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(jì)效益和井下職工的人身安全。因變電站綜合自動(dòng)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(yuǎn)端或自動(dòng)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(yùn)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(duì)工區(qū)不同變電站的定期檢修維護(hù)，縮減人工成本。

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

5 結(jié) 語

變電站綜合自動(dòng)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(shí)可以極大程度避免因人為或設(shè)備因素帶來的不可控風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)對(duì)供電系統(tǒng)的管控，并為供電電網(wǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)運(yùn)行提供了有效的保障。