浅议煤矿井下无人值守变电站的技术改造和监控系统

【摘要】：煤矿井下变电所作为煤矿井下电力系统的一个重要的组成部分，其安全可靠的运行能有效的保障煤矿的安全生产，保证企业的经济运行。本文一方面分析了无人值守变电站的技术改造，另一方面介绍了监控系统。

【关键词】：井下变电站 无人值守 技术改造 监控系统

引言

随着技术不断发展，煤矿生产设备技术也大幅提高，煤矿生产设备逐渐向大功率和超大功率甚至智能化的方向发展，同时对井下的供电系统其安全与可靠运行也提出了更为严格的要求。随着矿井逐渐向“高产”与“高效”的方向发展，对于采用更为科学化的管理技术，实现企业的减员增效，已经越发得到煤矿的生产决策者重视，因此对煤矿井下变电所无人值守的技术改造和监控系统的研究就很有必要了。

一、 无人值守变电站的技术改造

如果要把常规变电所改造为无人值守变电所，首当其冲要对一、二次设备进行改造，以满足无人值守运行的要求。

1.一次设备改造及主要技术要求

1.1断路器改造：一次设备改造主要在高压断路器，按照无人值守的要求，断路器必须能实现遥控操作，并提供可靠的位置信号。为实现无人值守，要选择合适的真空断路器，同时将其辅助触点改为双辅助触点接线以提高信号的可靠性。断路器的操动机构可以与一个基于微处理器技术的控制模块配套使用，控制模块的作用是为操动机构提供能量和所需的电气接口；同时还具有实时监控功能并易于和SCADA系统结合，具有独特真空灭弧室，完全可和长寿命、高可靠性的操动机构匹配。

1.2高压开关柜改造：高压开关柜五防联锁对防止误操作，减少人为事故，提高运行可靠性起很大作用。五防功能是指：1）防止误分、误合断路器。2）防止带负荷合上或分断隔离开关。3）防止带电操合接地开关或挂接地线。4）防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电。5）防止误入带电间隔，以保人身安全。

此外，完善机械防止误操作；完善柜间距离，要求隔离物起绝缘支撑作用，有良好的阻燃性能；加强母线导体间、相对地间的绝缘水平；改造高压柜中的电流互感器，使之达到工况绝缘水平、峰值和短时耐受电流、短时持续时间的要求。

1.3过电压保护设备改造：过电压保护设备主要包括：复合式和组合式过电压保护器、金属氧化物避雷器、一次消弧装置、二次消谐器、零序电流互感器等，对6～35KV变电所中性点加装自动跟踪自动调谐消弧线圈；为减少变电所运行维护量，降低残压，防止避雷器的爆炸，避雷器更换为MOA无间隙金属氧化物避雷器。

1.4主变压器有关辅助元件改造：改造中性点隔离开关及其操作机构，能实现遥控操作；对有载调压分接开关实现本地和远方遥调操作；实现主变温度远方测量监控等。

2.二次设备改造内容及要求

二次设备改造主要是控制回路的改造，要能达到无人值守，主要有以下要求：

2.1控制回路改造后简单、可靠、无迂回接线。

2.2控制回路断线、失去控制电源时应实现远方报警并保留故障信号。

2.3保护回路单独设有熔断器的变电所，保护回路直流消失后能远方报警。

2.4重合闸装置要实现自动投退，在遥控和当地操作合闸后，重合闸电源应自动投入，重合闸放电回路自动断开。在遥控和当地操作跳闸后自动退出重合闸电源，同时重合闸装置自动放电。

2.5低频减载装置或其它系统装置动作跳闸时应自动闭锁重合闸。

2.6中央信号装置有关回路作相应改造。

2.7加装遥控与就地跳、合闸闭锁回路。

二、监控系统

1.建设和设计原则

1.1煤矿电网调度自动化系统组成部分之一为井下变电所无人值守的监控系统。电网调度自动化的设计原则为配置齐全、功能完善，并能满足电网的优质、安全和信息传输，并能实现资源共享。

1.2监控系统的功能配置必须采用下放的原则，能在间隔层完成的功能不要经过网络与监控的主机来完成。

1.3实行保护和测控一体化设计，从而保证保护功能的其相对独立性与动作的可靠性。

1.4煤矿井下变电所存在着较为强大的电磁干扰，因此从抗电磁干扰的角度出发，在选择通信介质的时候应当优先运用光纤的通信方式。

1.5设计时首先从无人值班角度着手，简化保护欲测控一体化设备，降低设备的日常维护量。

1.6煤矿井下变电所应随着科学技术的发展来逐渐改变，应从有人值守的工作运行模式向无人值守的工作运行模式发展。

2.井下变电所无人值守监控系统功能和特点

2.1系统功能

对现场信号模拟量的采取动态采集方式，远程控制现场的运行状态，开关的断路器具备远程控制功能，并具备故障定位和报警功能，而且系统能实时记录数据，产生的电量报表也实时进行统计，从而实现多种功能的查询操作、自我检查等功能。

2.2系统特点

系统的体系结构是分布式的，配置比较灵活方便，接口较开放，能满足扩充的需要；系统具备较高的兼容性，内核小，较高实时性和自主开发的图形系统；良好的扩充性能，友好的界面，便捷的维护方式，再加上完善的数据管理系统，因此说数据的分析能力较强。

3.系统方案的设计

通常情况下，分布式结构是该系统采取的主要设计方式，其主要由四部分构成：一是工业电视视频的监控系统；二是现场设备的间隔层监控及保护“一体化”智能装置；三是主机监控；四是井下监控的智能结构电路与网络。在采矿区，煤矿井下24h不间断变电测控是通过监控系统来实现，井下变电所配置综合自动化装置，该装置可以实时监控低压的馈电开关动态与高压配电装置。该自动化系统与监控主机与监控主机经光纤由光电收发器连接监控主机和煤矿井下变电所综合自动化的装置共同构成测控网络。本系统设计的井上监控主机，其主要作用于遥控变电所环境的监视、设置参数等等，主要作用为数据管理机。

3.1系统功能

（1）确保电流可实现限时速断与瞬时速断，对电机、漏电和过电流予以保护。（2）报警的功能：若出现瓦斯超出限定标准，断路器失灵等问题，系统会自动进行报警。（3）测控的功能：系统遥信、遥调和遥控以及交流采样遥测。（4）软件的功能：主接线图远程监视，设备运行的数据监控，对综合自动化的装置上传的所有遥测和遥信数据进行动态显示；对设备的运行状态进行监测，通过系统逻辑识别给自动分合闸下达控制指令，远程诊断以及调整保护动作值和时限；对事故、报警、越限实时记录；显示和打印故障波形。（5）其他的功能：录波事故现场，采用动态根据实现交流采样技术，对故障点、引起故障原因、故障波型予等以详细记录，并摇视变动所周遭环境。

3.2系统的硬件设计

3.2.1数据的通信网络。通常利用1-4个测控单元来组成井下变电所的综合自动化装置，中央处理器与中央处理器之间的现场总线为RS一485，链接方式为多模光缆，通信介质的选择一般有两种，一种是8芯的屏蔽电缆，另一种是16芯的屏蔽电缆，通信传输距离需在10千米以上，速率需高于9600bps。

3.2.2煤矿井下变电所的综合自动化装置的设计。综合自动化装置结构组成模块有很多，如CPU、运动控制模块、电源等等。

3.2.3智能接口电路。智能结构电路通常被指在中央变电所，并与十六个光端接口相链接，进而配合井下变电所综合自动化装置运作。

3.2.4监控主机。放置在队值班市和科调度室的供电指挥场所内，主要用于设置参数、打印报表、显示报警等等。

3.3系统软件的设计

3.3.1监控软件。主要采用变电所的监控软件，windowsXP环境。使用SCADA数据采集监控的系统软件进行编制。主要实现：远程调试。操作遥控等。

3.3.2视频监控软件。该软件功能主要有现场图像录制、照明等。

结束语：总而言之，实现煤矿井下变电所使用的无人值守不仅能方便管理，而且能促进煤矿井下的供电管理，确保煤矿的和谐发展和安全生产。