自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在礦區(qū)變電站中的應(yīng)用

狄 鑫

（大同煤礦集團(tuán)電業(yè)有限責(zé)任公司，山西大同 037003）

0 引言

礦區(qū)地面變電站主要對(duì)各個(gè)礦區(qū)、生活區(qū)以及部分工業(yè)區(qū)提供電能，變電站供電系統(tǒng)的穩(wěn)定直接影響礦井的安全生產(chǎn)，當(dāng)煤礦供電系統(tǒng)發(fā)生故障后會(huì)直接導(dǎo)致井下所有作業(yè)場(chǎng)所失去動(dòng)力電源。特別是隨著礦井智能化水平越來越高，煤礦供配電系統(tǒng)的合理分配以及供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響著煤礦生產(chǎn)能力的提升。但是在實(shí)際變電站在對(duì)礦區(qū)供電過程中，由于受高次諧波、供電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、供電設(shè)備性能等影響[1]，礦區(qū)變電站中供電設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，設(shè)備無法正常運(yùn)行，從而導(dǎo)致變電站無法對(duì)煤礦正常供電，一旦煤礦出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，不僅造成地面各種監(jiān)控設(shè)備、井下采掘設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，而且在斷電期間很容易發(fā)生煤礦安全事故。

目前我國(guó)多數(shù)礦區(qū)變電站采用的監(jiān)測(cè)設(shè)備，存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：設(shè)備成本費(fèi)用高、對(duì)供電設(shè)備集中監(jiān)控自動(dòng)化水平低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度低等，一旦變電站出現(xiàn)供電隱患或供電故障時(shí)無法實(shí)時(shí)故障報(bào)警，從而導(dǎo)致供電事故發(fā)生[2]。針對(duì)這一技術(shù)難題，某公司對(duì)礦區(qū)變電站采用了一套ARM嵌入式的煤礦變電站電能監(jiān)控系統(tǒng)。

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

（1）變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)交換機(jī)、主控制器（PLC）、變電站監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)通信設(shè)備、110 kV/35 kV微機(jī)保護(hù)裝置等部分組成，如圖1所示。遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)主要由上位機(jī)、顯示器、打印機(jī)等部分組成；主控制器采用的是ARM 架構(gòu)的STM32 系列Cortex-M3內(nèi)核的64位中央處理器，最高主頻為72 MHz。

圖1 變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）礦區(qū)變電站主要采用由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層設(shè)計(jì)方式，該變電站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造主要由站控層、間隔層和過程層組成。站控層配置的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)以及其他監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⒏鱾€(gè)變電站及箱變內(nèi)供電設(shè)備形成通信管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)，完成系統(tǒng)對(duì)各變電所的電力系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)?10 kV、35 kV 等電壓等級(jí)的變電站開關(guān)的運(yùn)行情況、開關(guān)狀態(tài)、參數(shù)以及整定進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)利用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站的“遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)”功能[3]。

1.2 系統(tǒng)原理

（1）供電期間通過安裝在各電壓等級(jí)變電站的微機(jī)保護(hù)裝置，對(duì)變電站供電運(yùn)行情況、供電時(shí)間、供電故障情況等參數(shù)及時(shí)利用有線信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸至變電站綜自系統(tǒng)通信設(shè)備內(nèi)。

（2）綜自系統(tǒng)通信設(shè)備收集數(shù)據(jù)后及時(shí)上傳至主控制器內(nèi)，主控器對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分類、分析，并傳輸至以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)，交換機(jī)利用工業(yè)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控室上位機(jī)系統(tǒng)，并通過顯示器直觀顯示各個(gè)變電站供電運(yùn)行情況，監(jiān)控內(nèi)容主要包括：設(shè)備運(yùn)行情況、實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、功率因素、額定電壓、三相電壓、三相電流、設(shè)備投入的整定值以及各類功率[4]。

（3）當(dāng)變電站供電出現(xiàn)故障或不穩(wěn)定時(shí)，通過主控制系統(tǒng)分析后及時(shí)將故障源反饋至上位機(jī)系統(tǒng)，并發(fā)出預(yù)警；同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障后及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)故障自動(dòng)處理；該監(jiān)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程操控、站內(nèi)集中操控以及就地操控3 種操控方式。

2 監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用效果

2.1 變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）監(jiān)控精度高

變電站在電力監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過收集后，與電網(wǎng)的正常參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷，發(fā)現(xiàn)電壓、電流異常時(shí)及時(shí)報(bào)警，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)各設(shè)備用電計(jì)量、動(dòng)態(tài)成像、數(shù)據(jù)共享、智能化控制以及自動(dòng)存儲(chǔ)功能，為地面的工作人員提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)[5]。

（2）四遙功能

智能化電力控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙信、遙控、遙測(cè)、遙視等功能，配合地面上位機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)變電所智能控制及無人值守。該系統(tǒng)自使用以來能夠保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，同時(shí)“移峰填谷”的智能化控制系統(tǒng)的使用，更為礦井節(jié)約較大的用電費(fèi)用，提高了整個(gè)礦井的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

（3）降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度

遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)監(jiān)測(cè)人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站故障類型及影響范圍，遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)對(duì)變電站內(nèi)供電設(shè)備電負(fù)荷進(jìn)行控制，從而減少事故的影響時(shí)間及范圍，確保了供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性[7]，實(shí)現(xiàn)了變電站無人值守的目的，與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比大大降低了人工對(duì)系統(tǒng)操作、監(jiān)控、故障維修等勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

（4）自動(dòng)化水平高

變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與保護(hù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了變電站供電實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障源、發(fā)出警報(bào)并及時(shí)將故障情況上傳至遠(yuǎn)程控制上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)自動(dòng)化水平高。

2.2 變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)缺點(diǎn)

該系統(tǒng)通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，還存在一些不足。由于變電站內(nèi)電壓等級(jí)高，設(shè)備在進(jìn)行供電時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的高次諧波，從而對(duì)無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸產(chǎn)生一定影響，會(huì)造成信號(hào)傳輸失真現(xiàn)象[8]，所以需加強(qiáng)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)穩(wěn)定情況的監(jiān)測(cè)，必要時(shí)需安裝高次諧波濾波器。

2.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2018 年4 月，大同煤礦集團(tuán)電業(yè)有限責(zé)任公司對(duì)礦區(qū)變電站內(nèi)110 kV變電站、35 kV變電站分別安裝了一套自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，截止2019年4月，通過1年實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，變電站安裝自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)后，共計(jì)監(jiān)測(cè)到變電站4次供電故障，并及時(shí)進(jìn)行處理，全年未發(fā)生一起因變電站故障導(dǎo)致煤礦供電間斷現(xiàn)象，有效保障了煤礦供電穩(wěn)定性及供電安全；而且通過該監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)調(diào)整供電量，全年可節(jié)約用電量達(dá)317.7 萬kW，節(jié)約供電成本費(fèi)用及設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)172 萬元，取得了顯著的安全、經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

礦區(qū)變電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)變電站的“四遙”功能，而且確保了整個(gè)礦區(qū)內(nèi)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候能夠通過報(bào)警系統(tǒng)及遠(yuǎn)程操作及時(shí)進(jìn)行人工操控，縮短了停電的影響時(shí)間與范圍，同時(shí)通過對(duì)各用電設(shè)備的用電量進(jìn)行分析，采用“避峰調(diào)荷”的措施合理控制各用電時(shí)段的用電量，降低整個(gè)礦井的用電費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)礦井產(chǎn)能效益最大化。