矿井主变电所无人值守监控系统的应用.pdf

机 电 工 程 技 术 第４９卷 第０７期ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＆ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ ４９ Ｎｏ ０７ 收 稿 日 期 ２０１９－１２－１９ ＤＯＩ１０ ３９６９／ ｊ ｉｓｓｎ １００９－９４９２ ２０２０ ０７ ０６２ 王 晓 艳矿 井 主 变 电 所 无 人 值 守 监 控 系 统 的 应 用 ［Ｊ］机 电 工 程 技 术 ，２０２０，４９（０７） １８２－１８３ 矿井主变电所无人值守监控系统的应用 王 晓 艳 （潞 安 矿 业 股 份 有 限 公 司 王 庄 煤 矿 ，山 西 长 治 ０４６０３１） 摘 要 为 促 进 煤 矿 井 下 变 电 所 实 现 无 人 值 守 ，基 于 某 煤 矿 井 下 中 央 变 电 所 运 行 现 状 ，分 析 了 其 存 在 的 主 要 问 题 ，对 其 高 压 系 统 以 及 低 压 系 统 提 出 了 一 系 列 具 体 改 造 方 案 ，并 对 其 地 面 监 控 系 统 进 行 了 改 造 。实 际 应 用 结 果 表 明 ，经 改 造 后 的 矿 井 主 变 电 所 实 现 了 无 人 值 守 ，不 仅 可 为 矿 井 节 约 大 量 的 人 力 物 力 ，而 且 可 简 化 主 变 电 所 的 操 作 ，进 一 步 提 高 矿 井 主 变 电 所 运 行 的 安 全 性 ，稳 定 性 ，达 到 了 为 矿 井 降 本 增 效 的 目 的 。 关 键 词 矿 井 ；主 变 电 所 ；监 控 系 统 ；无 人 值 守 ；人 工 智 能 中 图 分 类 号 ＴＤ６７ 文 献 标 志 码 Ａ 文 章 编 号 １００９－９４９２（２０２０）０７－０１８２－０２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｍｉｎｅ Ｍａｉｎ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｙａｎ （Ｗａｎｇｚｈｕａｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｌｕａｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｚｈｉ，Ｓｈａｎｘｉ ０４６０３１，Ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｕｎａｔｔｅｎｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｌａｎｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ． Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｕｎａｔｔｅｎｄｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｖｅｓ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｍａｎｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｎｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ． Ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｍｉｎｅ；ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｕｎａｔｔｅｎｄｅｄ；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ０引 言 主 变 电 所 是 煤 矿 井 下 核 心 的 供 电 设 置 ，其 主 要 给 采 煤 、 掘 进 、运 输 、通 风 以 及 排 水 系 统 等 环 节 供 应 电 力 。由 于 当 前 矿 井 自 动 化 以 及 智 能 化 的 不 断 发 展 ，煤 矿 开 采 技 术 不 断 革 新 ， 进 而 可 以 对 井 下 供 电 设 置 进 行 有 效 地 监 控 ，尤 其 可 以 实 现 无 人 看 守 井 下 主 变 电 所 ，已 经 成 为 井 下 主 变 电 系 统 的 发 展 趋 势 。 某 煤 矿 为 了 更 好 地 实 现 对 井 下 主 变 电 所 的 智 能 化 ，引 进 智 能 化 技 术 ，不 断 优 化 电 力 监 控 系 统 ，主 要 从 通 信 设 施 实 施 优 化 ，如 智 能 化 高 压 开 关 以 及 智 能 化 低 压 馈 电 开 关 等 。这 样 可 以 在 调 度 室 内 实 现 对 井 下 高 压 开 关 以 及 低 压 馈 电 开 关 的 运 行 情 况 进 行 统 一 监 测 ，因 此 相 关 操 作 人 员 能 够 同 时 实 现 自 动 监 测 ，如 井 下 高 压 开 关 的 分 闸 合 闸 操 作 、故 障 复 位 以 及 参 数 整 定 等 远 程 操 作 等 ，从 而 实 现 了 井 下 主 变 电 所 的 无 人 化 ，能 够 极 大 地 提 升 供 电 系 统 的 安 全 以 及 可 靠 性 。 １井 下 中 央 变 电 所 现 状 及 存 在 问 题 １ １现 状 井 底 车 场 设 置 有 中 央 变 电 所 ，与 此 同 时 设 置 有 中 央 水 泵 房 。其 中 中 央 变 电 采 用 高 、低 压 供 电 系 统 ，并 两 者 都 借 助 单 母 线 分 段 的 方 式 进 行 接 线 。在 变 电 所 内 部 设 置 有 传 统 的ＫＧＳ 型 号 手 车 式 高 压 真 空 配 电 装 置１６台 ，ＰＡ１５０型 号 微 机 综 合 保 护 测 控 装 置 ，ＶＳ１－１２ ／６３０－２５型 号 高 压 真 空 断 路 器 。具 有 遥 控 、遥 测 和 通 讯 等 功 能 ［１］。 １ ２存 在 的 问 题 虽 然 在 变 电 所 设 置 有 微 机 综 合 保 护 测 控 装 置 ，可 是 由 于 尚 未 设 置 有 关 通 信 设 置 ，因 此 并 不 能 对 变 电 所 实 现 统 一 的 保 护 通 讯 监 控 。为 此 要 想 实 现 统 一 监 控 ，必 须 设 置 一 个 电 力 监 控 分 站 ，以 实 现 和 微 机 综 合 保 护 测 控 系 统 之 间 的 通 讯 。 对 于 低 压 供 电 系 统 而 言 ，并 不 能 实 现 对 信 号 的 采 集 以 及 相 应 的 远 程 控 制 ，为 此 需 要 设 置 一 个 智 能 仪 表 、接 触 器 以 及 相 应 的 远 程 智 能 监 控 单 元 ，且 需 要 增 设 的 单 元 能 够 和 低 压 供 电 系 统 之 间 实 现 信 息 的 交 互 ，即 实 现 信 息 的 采 集 以 及 输 送 ［２］。 ２无 人 值 守 改 造 方 案 ２ １高 压 系 统 改 造 中 央 变 电 所 高 压 系 统 有 传 统 的ＫＧＳ型 号 手 车 式 高 压 真 空 配 电 装 置１６台 ，ＰＡ１５０型 号 微 机 综 合 保 护 测 控 装 置 ，ＶＳ１－１２ ／６３０－２５型 号 高 压 真 空 断 路 器 ，并 且 微 控 制 器 采 用３２位 ＡＲＭ９内 核 。这 样 可 以 对 高 压 供 电 系 统 参 数 进 行 采 集 ，如 电 流 、电 压 、有 功 功 率 与 无 功 功 率 、功 率 因 数 以 及 对 应 的 频 率 等 ［４］。可 以 实 现 分 合 闸 出 口 继 电 器 输 出 和 ４路 信 号 继 电 器 输 出 的 功 能 。 图１ 高 压 系 统 通 信 结 构 由 此 可 以 看 出 ，从 硬 件 方 面 来 看 ，该 中 央 变 电 所 高 压 系 统 已 经 具 备 实 现 无 人 值 守 的 条 件 ，只 要 再 配 置 通 讯 分 站 以 及 ２８１ 底 层 通 信 网 络 等 即 可 实 现 信 号 的 采 集 以 及 远 程 控 制 。图１所 示 为 高 压 系 统 通 信 结 构 图 。 ２ ２低 压 系 统 改 造 中 央 变 电 所 低 压 系 统 设 置 有 传 统 的ＫＤＣ１型 号 手 车 式 低 压 配 电 装 置 ，以 及 常 熟 开 关 厂 生 产 的ＣＭ１型 低 压 断 路 器 ，没 有 设 置 测 控 仪 表 ，不 能 实 现 远 程 监 控 。为 了 实 现 无 人 值 守 ， 需 要 对 该 系 统 进 行 优 化 。通 常 可 以 将 断 路 器 改 造 成 电 动 操 作 装 置 ，然 而 在 操 作 中 发 现 断 路 器 前 端 净 距 离 为９４ ｍｍ，而 市 场 上 低 压 柜 断 路 器 前 端 净 距 离 仅 仅 为７５ ｍｍ，导 致 该 方 案 不 能 实 现 。为 此 对 于 中 央 变 电 所 低 压 系 统 的 监 控 ，只 能 增 加 电 量 采 集 装 置 ，这 样 不 需 要 增 加 电 动 操 作 机 构 以 及 相 应 的 远 程 分 合 断 路 器 ，从 而 可 以 在 地 面 实 现 对 低 压 系 统 的 监 测 。 ２ ３底 层 功 能 经 过 上 述 硬 件 设 置 的 改 造 ，能 够 为 实 现 中 央 变 电 所 高 低 压 系 统 电 力 监 控 提 供 有 效 的 硬 件 保 障 ，从 而 为 底 层 通 信 系 统 的 改 造 奠 定 基 础 ，最 终 可 以 实 现 信 息 采 集 、上 传 以 及 相 应 的 远 程 控 制 等 ，便 于 工 作 人 员 对 供 电 系 统 进 行 远 程 的 操 作 ，如 数 据 修 改 以 及 查 询 等 功 能 ，可 以 对 高 低 压 开 关 对 应 的 分 合 闸 进 行 控 制 ，修 改 微 机 综 合 保 护 装 置 中 的 参 数 ，实 现 对 运 行 参 数 的 实 时 检 测 等 ［５］。 ３地 面 监 控 系 统 ３ １改 造 方 案 经 过 分 析 可 以 在 集 控 中 心 设 置 一 台 电 力 监 控 主 机 ，其 可 以 实 现 报 警 、储 存 数 据 等 功 能 。电 力 监 控 主 机 在 实 施 信 号 传 输 的 过 程 中 ，主 要 借 助 以 太 网 ，可 以 实 现 实 时 传 输 设 备 的 运 行 参 数 ，并 且 实 现 远 程 操 作 。监 控 主 机 配 置 的 软 件 为 组 态 软 件 ，其 可 以 实 时 显 示 供 电 系 统 以 及 相 关 设 备 的 参 数 变 换 ，这 样 操 作 人 员 可 以 随 时 查 看 设 备 的 运 行 情 况 ，并 且 对 设 备 检 测 参 数 进 行 修 改 ，当 运 行 的 参 数 超 过 设 定 值 时 ，远 程 控 制 室 就 会 出 现 报 警 指 示 ，这 样 操 作 人 员 可 以 及 时 发 现 问 题 ，从 而 能 够 对 设 备 进 行 维 护 ，避 免 不 必 要 的 损 失 。此 外 ，可 以 依 据 自 动 化 设 置 对 井 下 供 电 系 统 实 现 遥 控 以 及 遥 感 ，最 终 实 现 井 下 的 无 人 看 守 ，也 可 以 通 过 对 监 控 数 据 的 分 析 ，帮 助 决 策 者 实 现 对 生 产 进 度 以 及 安 全 问 题 进 行 全 方 位 的 规 划 ［６］。 ３ ２系 统 网 络 结 构 井 下 监 控 设 备 能 够 实 现 配 置 电 力 监 控 分 站 以 及 为ＫＪ７３６－ Ｆ设 置 提 供 防 爆 的 作 用 。通 常 可 以 借 助ＲＳ４８５总 线 实 现 和 设 置 在 高 压 控 制 柜 中 的 微 机 综 合 保 护 装 置 连 接 ，并 且 能 够 连 接 低 压 装 置 中 的 智 能 仪 表 以 及 相 应 的 电 量 采 集 单 元 。采 集 系 统 可 以 借 助 以 太 网 将 采 集 的 数 据 输 送 给 调 度 中 心 ，最 终 在 调 度 中 心 实 现 数 据 的 存 储 、转 发 等 。 ３ ３系 统 功 能 根 据 实 际 需 要 ，通 过 分 析 信 息 集 成 ，对 智 能 化 高 压 开 关 、 智 能 化 电 磁 启 动 器 以 及 相 应 的 智 能 化 低 压 馈 电 开 关 等 进 行 改 造 ，从 而 完 成 井 下 电 力 监 控 系 统 建 设 ，相 关 工 作 人 员 可 以 在 地 面 监 控 中 心 实 现 如 下 操 作 （１）可 以 进 行 遥 测 量 、遥 信 量 等 操 作 ，并 且 能 够 实 时 模 拟 量 曲 线 等 ；（２）能 够 打 印 遥 测 量 日 报 表 、遥 信 量 报 警 以 及 断 电 日 报 表 等 ；（３）系 统 可 以 实 现 自 我 诊 断 ，当 发 现 存 在 故 障 时 ，可 以 实 现 报 警 以 及 自 动 查 询 与 打 印 ；（４）能 够 实 现 数 据 的 备 份 等 ；（５）具 有 相 关 权 限 的 工 作 人 员 可 以 随 时 了 解 变 电 站 设 备 的 运 行 情 况 ［７］。 ４结 束 语 （１）当 实 施 井 下 主 变 电 所 无 人 值 守 系 统 之 后 ，操 作 人 员 能 够 借 助 地 面 监 控 主 机 查 看 设 备 的 运 行 情 况 。这 样 工 作 人 员 可 以 依 据 设 备 运 行 的 实 际 情 况 ，对 设 备 进 行 有 效 地 维 护 ，从 而 能 够 极 大 提 高 设 备 的 可 靠 性 ，及 时 避 免 出 现 事 故 。与 此 同 时 ，在 服 务 器 中 可 以 存 储 设 备 运 行 信 息 。工 作 人 员 可 以 方 便 地 查 看 ，从 而 可 以 给 管 理 层 提 供 强 有 力 的 决 策 依 据 。井 下 主 变 电 在 实 施 智 能 化 之 后 ，仅 仅 需 要 安 排 相 应 的 安 全 巡 检 工 作 人 员 ，即 可 完 成 对 井 下 主 变 电 设 备 的 监 督 ，不 仅 可 以 节 省 大 量 的 人 工 费 用 ，而 且 可 以 有 效 地 达 到 监 督 的 效 果 ［８］。 （２）在 设 置 井 下 中 央 变 电 所 高 压 系 统 的 过 程 中 ，最 大 限 度 地 借 助 现 有 硬 件 资 源 ，提 高 了 设 备 的 使 用 效 率 。利 用 底 层 通 信 设 备 ，再 借 助 隔 爆 以 及 电 力 监 控 分 站 ，实 现 了 数 据 的 传 输 ，传 输 设 备 使 用 了 工 业 以 太 环 网 ，不 仅 具 有 经 济 性 ，而 且 方 便 。 参 考 文 献 ［１］李 建 伟．煤 矿 井 下 变 电 所 高 压 供 电 监 控 系 统 设 计［Ｊ］．煤 矿 机 电，２０１９（０５） ７７－７９． ［２］刘 用．煤 矿 变 电 所 无 人 值 守 自 动 化 系 统 研 究 与 示 范 应 用 ［Ｊ］．电 工 技 术，２０１９（１２） ８８－９０． ［３］刘 捷．基 于ＣＡＮ总 线 的 井 下 采 区 变 电 所 无 人 值 守 监 控 系 统 设 计 应 用［Ｊ］．水 力 采 煤 与 管 道 运 输，２０１９（０２） ７０－７２． ［４］康 宏．煤 矿 井 下 采 区 变 电 所 无 人 值 守 监 控 系 统 的 应 用 探 析 ［Ｊ］． ２０１８（０２） １１－１３． ［５］范 明 栋，张 彬，宋 波，等．浅 谈 煤 矿 井 下 变 电 所 无 人 值 守 的 安 全 管 理［Ｊ］．能 源 技 术 与 管 理，２０１７（０４）２２－２４． ［６］田 军．煤 矿 无 人 值 守 变 电 所 高 压 开 关 安 全 控 制 策 略［Ｊ］．山 西 焦 煤 科 技，２０１７（０６） ７７－７９． ［７］赵 颖 红．煤 矿 安 全 监 测 监 控 系 统 在 井 下 的 应 用 分 析［Ｊ］．能 源 与 节 能，２０１８（０８） ３１－３３． ［８］梁 慧 彪．煤 矿 监 测 监 控 系 统 瓦 斯 传 感 器 布 设 研 究 及 应 用 ［Ｊ］．机 械 管 理 开 发，２０１９（０３） ８７－８９． 作 者 简 介 王 晓 艳 （１９８６－） ，女 ，山 西 文 水 人 ，大 学 专 科 ， 助 理 工 程 师 ，研 究 领 域 为 矿 山 机 电 。（编 辑 王 智 圣 ） ３８１ 王 晓 艳 矿 井 主 变 电 所 无 人 值 守 监 控 系 统 的 应 用 探 析