常村煤礦供電系統數字化無人值守方案設計

姚 武

(潞安環能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

1 項目建設的必要性

常村煤礦的主要變電站目前仍采用專人值守方式，這種傳統的值班方式不僅效率低，而且運行維護成本高，對于礦井變電站的整體發展有一定的阻礙。通過對現有供電系統進行數字化無人值守改造，在提高電氣設備自動化的基礎上，不僅能提高變電站管理效率、降低運行成本，并且能大大提高供電系統的安全性。2017年國家煤礦安監總局新發布的《煤礦安全生產標準化》一書中已明確要求礦井主要變電所要采用集中遠程控制，實現無人值守。從內因、外因綜合考慮，礦井供電系統數字化、無人化建設已迫在眉睫。

1.1 提高電力運行的安全性

遠程電力監控系統能夠實現對變電所配電設備的遙測、遙信、遙控、遙調、報警顯示、數據存儲、統計報表等功能，實現電力運行管理、實時用電計量管理、故障定位管理、視頻監控管理，達到設備高效安全運行、無人自動值守和現代化管理。目前常村煤礦沒有一套完整的集中監控系統，無法實現電力系統的遠程統一調度及管理。無人值守變電站的實現可以使變電站在綜合自動化程序控制下,對變電站的實時運行情況進行監測監控、分析管理，構建全面發展的先進管理方式，從而提高供電系統的安全性。

1.2 實現運行的節能減排

通過無人值守變電站的改造，對電力監控數據實現合理的分類處理并進行充分的信息挖掘，在滿足供電安全性、電能質量合格率等生產管理需要的前提下，對采集的數據進行分析處理，例如變壓器負載率等，根據實際情況做出有利的、合理的運行決策支持措施，通過電力監控系統實現電力系統的合理運行，有效節約能源；對于設備的運行時間、工作狀態等進行統計分析，制定合理的、適合設備運行工況的運行措施，延長設備的使用壽命。另外還可以通過電力監控系統實現各類型設備的能耗分析，查找出耗能設備等，制定合理的應對方法，節約電能。

1.3 減少運營維護的成本

常村煤礦變電所數量多、地點分散、缺乏智能化統一監控管理手段，每個變電站均需要值班人員。若實現無人值守，在監控中心統一管理，人員投入至少可以減少三分之二。

2 項目概述

常村煤礦數字化系統將從裝備先進化、管理自動化入手，提高供電系統運行管理效率，針對目前常村煤礦變電所主要依靠人工值班監控的弊端，提出實現少人值守/無人值守操作的目標，在調度中心遠程完成監控工作，瞄準國際先進煤礦生產自動化系統技術，在常村煤礦建成一套適合我國現有基礎條件，具有國內自主知識產權，集數據、視頻、語音為一體的供電系統數字化無人值守系統。該系統建成后達到的效果就是減員、增效、保安全。

常村煤礦無人值守系統是對井上和井下的電力監控系統、環境、安防等設備進行實時集中監控，最終實現各供配電子站設施無人值守、遠程巡檢、線上實時監控、線下巡視檢修的自動化目標。

無人值守項目分為監控主站系統和子站系統。其中監控主站系統位于監控中心，是無人值守項目的核心部分，起到非常重要的作用；子站系統集數據采集、數據監控、數據轉發和規約轉換等多功能于一體，將各配電室的設備運行數據、視頻監控數據和環境監控數據等數據信息進行匯集、過濾、處理后上傳給監控主站系統，起到承上啟下的作用[1]。無人值守項目可在常村煤礦內實現無人值守和電氣一體化監視。其中，監控主站系統包括SCADA(數據采集與監視控制系統)子系統、輔助監控子系統等。

1) SCADA子系統：對常村煤礦內變電所的保護裝置或低壓儀表的數據統一監視。對監控子站中所需監控的一次設備實現SCADA功能，即通過當地監控子系統實現本地設備的監視與控制，實現配電網的優化運行。

2) 輔助監控子系統：對子站中的溫濕度、風機、照明、煙感、氣體、水位、門禁、視頻等輔助設備進行監控與管理，實現聯動控制、定時巡檢、手動巡檢、視頻聯切等功能。

3) 接口：實現與MIS(管理信息系統)等其他電力業務系統的接口功能，實現數據共享。另外，系統開放通訊協議，滿足接入其他系統的需求。

3 系統建設方案

3.1 技術方案

常村煤礦無人值守系統主要包括2個子系統：電力監控主站系統(SCADA子系統)、無人值守類輔助設備監控系統(輔助監控子系統)。常村煤礦無人值守項目的總體設計滿足如下技術要求：

1) 整體設計要求。系統能夠提供交互性良好，簡單易用的可視化用戶操作界面，方便日常操作使用，提高實際效率。系統的擴展必須易于操作，擴容的設備接入通訊系統，進行簡單的參數配置，即可實現電力監控系統擴容。基本上是個一學即會的系統，操作、維護都很簡易[2]。

2) 網絡配置設計。項目中所有硬件設備均通過快速以太網連接，采用標準的TCP/IP、UDP網絡通訊協議；系統運行于三層結構模式下，網上各臺機器相互冗余，服務器雙機雙網，保證系統在一臺異常或者網絡異常時數據采集與系統功能不受影響。系統采用主備前置、主備服務器雙網設計。視頻網絡與SCADA數據網絡分開[3]。

3) 硬件設備設計。項目采用跨平臺的系統網絡配置方案，服務器端或服務端不僅可采用基于RISC芯片的工程工作站如SUN、IBM、HP-ALPHA等，還可采用基于多Intel 處理器芯片的大型機架式服務器，在服務器上運行Unix、Linux、Windows 2008/2012 Server等操作系統。

4) 系統數據庫設計。項目采用內存數據庫方式實現監控系統對數據實時性和標準性的雙重要求；系統所保存的歷史數據均按照通用的標準數據庫格式存放，支持SQL語言查詢；數據庫有極高的安全性，所有經采集的數據均不能修改。

3.2 系統架構

3.2.1 體系架構

項目采用分層、分區的分布式結構，按監控主站系統、通訊網絡和子站系統配置。主站系統實現各站運行監視，子站系統負責對應子站的系統監測，輔助監控系統對各配電室和變電所的輔助設備進行狀態監視和控制，電力設備一體化運維部署在監控中心。

1) 監控主站系統和子站系統。監控主站系統位于集中控制室內，由前置服務器、數據服務器、監控主機、打印機、輔助系統服務器及不間斷電源等組成，實現配電設備的遙測、遙信、遙控、遙調、報警顯示、數據存儲、統計報表等功能。輔助系統實現照明、風機、煙感、溫濕度、門禁、紅外、水浸、視頻等設備的監視與遠程控制，定時巡檢，生成巡檢報告。子站系統為多個配電室/開閉所組成的監控群，站端系統設備主要是指配電室/開閉所內部的配電設備。

2) 通訊網絡。變電所需布置光纖通道實現視頻和數據的傳輸功能。

3.2.2 功能架構

SCADA電力監控子系統具有以下功能：數據采集和處理、圖形、告警、歷史數據存儲、歷史數據查詢、集控、電網控制、權限管理、遠程診斷與分析等。輔助監控子系統用于隧道內輔助設備的集中管理與控制，具有以下功能：數據采集和處理、圖形、報警、歷史數據存儲、歷史數據查詢、安防控制系統(紅外、門禁)、消防控制系統(煙感、火災報警)、巡檢系統(手動巡檢、自動巡檢)、環境監測(溫濕度、水位)、設備控制(風機、照明、門禁)、視頻聯動等。

4 結 語

通過對常村煤礦供電系統進行數字化改造，使變電所具備無人值守條件，不僅可以提高供電系統運行的安全性，減少運行維護成本，更為將來智能化礦山建設奠定了基礎。