35 kV礦山變電站無人值守改造

唐國茹 楊 軍 季志才

(河北鋼鐵集團礦業有限公司石人溝鐵礦，河北 遵化 064200)

0 引言

某礦山變電站始建于70年代，屬終端用戶型變電站，站內裝有兩臺容量12 500 kVA變壓器，兩臺變壓器供給側35kV電源分別引自兩路高壓線，分別經311、301和321、302接入變電站內兩臺主變，兩臺主變輸出到601、602，再分別接入兩段供電線路，然后分配到40余面高壓配電柜。站內低壓線路主要有通訊線路、直流回路和交流回路。變電站現具備兩套交流供電方式，一套引自35kV側所內變，另一套引自6kV側所內變，在兩套所內變電源均正常送電的前提下，一套出現問題，可自動切換到另一套運行，如果不能自動切換，需檢查所內變是否投入，并手動切換。變電站直流回路電源引自交流回路，經3臺整流裝置和降壓裝置，變成直流電源，供給站內直流設備使用，直流系統設有監控裝置，主要監視直流系統輸入和輸出電壓、電流和直流系統絕緣情況，一旦出現問題，將發出報警，并有文字提示。變電站共有有線和無線兩種通訊方式。

35kV變電站無人值守改造項目[7]，目的響應國家電網“變電站標準化管理模式”號召，加強變電站安全管理，提高礦山本質安全水平，同時緩解因礦山退休減員而造成的崗位人員空缺。從電力供應、安全運行和人員緊缺的綜合角度考慮，必須對變電站進行無人值守改造[5]。

1 改造方案

1.1 具體方案內容

無人值守改造方案，主要是在現有變電站綜合自動化監控狀況的基礎之上[1]，進行升級改造，并且完善視頻監視系統，增設火災報警系統和風機遠程控制系統等內容。取消礦山變電站內固定值班操作人員，供電系統運行狀況檢測、視頻監控和主要操作由變電站原控制室、礦山調度中心、變電站管轄部門監控室分工協作。變電站原控制室還保留操作權限；礦山調度中心可進行遠距離停電，不可遠距離送電；變電站管轄部門監控室不得進行任何操作，僅進行監視[2]。

1.2 變電站綜合自動化監控系統升級調試

1)配備3臺新電腦替換原后臺監控系統的兩臺舊電腦，實現3個工作站監控供電系統，并且三點之間互為主備。

變電站現場有一套后臺監控系統，結構形式為C/S ，針對當前數字礦山遠程遙控的技術要求該系統實屬落后，監控系統主機配置較低，并且電子元件的老化造成運行速度緩慢，故需對監控系統及主機進行更換，將礦山調度室、變電站管轄部門監控中心各增設一臺主機作為工作站。

2)新增電度表峰谷平段電量統計接入功能，增設UT-5315型通訊管理機替換舊管理機，將站內全部電度表接入至后臺系統形成耗電匯總表。

升級改造的后臺監控系統具備數據采集與轉發[3]、運行監視、控制、報警、計算、統計、事件與歷史數據查詢、報表管理、保護管理等，其中計算用于對遙測及遙信量的不足進行補充采集，對功率因數、負荷率等計算點(邏輯計算點、模擬計算點)與采集點(遙信、遙測、電度)在系統中具有相同的作用(如報警、存儲等處理中)進行自定義公式計算。計算公式根據國網公司規定，可計算峰、平、谷值的電度數。

3)礦山變電站運行無人值守后，遠程不得解鎖。升級原有模擬五防操作系統為JOYO-B41型微機五防操作系統，實現在礦山調度指揮中心進行五防操作的各種規范要求。

(1)強制性五防閉鎖：包括誤拉合斷路器、誤入帶電間隔、帶負荷拉隔離開關、帶電掛地線或合接地刀閘、帶地線(接地刀閘)合隔離開關五項誤操作功能。并且完善了倒母線操作、旁路母線充電及線路側驗電等閉鎖的功能。全面完善了模擬預演、權限管理、唯一操作權、實時邏輯和閉鎖元件五層防線，對誤操作進行多層防范。

(2)設備對位：系統通過界面上的模擬元器件獲取當前工作狀態，且通過監控系統接收實際遙信或對位記憶，校驗界面上各元器件的狀態是否與實際狀態相符，若不同則自動刷新重新定位。

(3)五防模擬操作：在防誤裝置上進行模擬操作時，依據站內主接線設備防誤操作圖及全部功能內容，指引操作完成正確操作步驟。

(4)發送和存儲操作票：模擬操作結束后，系統將最后一次正確操作全過程內容(一次操作票)自動保存并傳送至電腦鑰匙中，一次操作票中的內容為相關的一次設備、二次操作部分。

(5)五防閉鎖：依據電腦鑰匙所提供的信息，倒閘操作工開始倒閘操作，對違背五防或與票中不符的操作，電腦鑰匙會進行強制閉鎖，錯誤操作類別也是依據內部來進行判斷劃分，且以聲光報警方式提醒操作員。

(6)匯報對位功能：電腦鑰匙在倒閘操作順利完成后插入傳輸口，隨后反饋操作后的實際信息給電腦，確保界面上的設備狀態與現場設備實際狀態保持一致。在整個操作的全過程中，每個操作步驟都有語音提示，提醒操作人員正確操作，使得操作過程簡單明了。

(7)同時操作多個任務功能：可實現多個操作人員并行倒閘操作作業，相互聯系每個操作隊伍，排除了倒閘過程中各個任務之間彼此的先后順序顧慮。

(8)通訊接口功能：可以實現與任一監控系統接口，能夠實現遠方操作及在線監控操作的各種方式下可資源共享一次設備的強制閉鎖及設備狀態。

(9)防誤系統軟件功能：對已完成的模擬開票任務，使用預演功能對操作內容進行全程播放，快速熟悉正確的操作過程，并把操作票全部內容傳送至電腦鑰匙，以便對設備的解鎖及操作進行正確的步驟。

4)變電站二次設備備用電源采用蓄電池，主要對臺操作機構、事故照明等重要設備進行電源供應。現有蓄電池蓄電能力減弱，有全站失壓的可能性，操作故障等隱患，因此更換蓄電池。同時，直流屏蓄電池也處于老化階段,較原有性能大幅降低,職工維護工作量增多,故障率明顯升高,急需更換。

1.3 視頻監控系統安裝調試

在礦山35 kV變電站內遍布各關鍵區域，安裝由紅外網絡攝像機、硬盤錄像機、傳輸線路、交換機以及監視器組成視頻監控系統，實現對重要關鍵部位實時視頻監視[4]。設置安裝網絡攝像機數量為16臺，實現“遙視”系統，能夠實時、快速的掌握變電站整體運行情況，發生異常情況時能及時作出應急反應，切實有效地提高變電站的整體安全水平。監視部位布置情況：礦山變電站四周外墻安裝4臺，形成環路；電容室內安裝一臺；變電站院內，配電室外安裝兩臺；配電室內安全位置安裝9臺，掌握整個變電室內情況，見圖1。

圖1 變電站綜合自動化監控示意圖

1.4 火災報警系統的安裝與調試

火災自動報警系統采用主要包括火災探測裝置、手動報警觸發裝置、聲光報警裝置、火災報警控制器和與之對應的通訊模塊等的區域報警系統，該系統出現煙霧、火災險情、超溫情況及時報警，如圖2所示。

圖2 火災報警控制器系統圖

1)火災探測器：通過研究學習電力變電站火災特性情況，將光電感煙探測器以點式進行分布，火災報警系統控制器接入兩套探測總線，探測器的設置數量必須大于等于計算值，光電感煙探測器安裝間隔按極限曲線 D1～D11 規定的范圍。

N=S/K×A

(1)

式中：N—光電感煙探測器數量，只，N應取整數；S—該光電感煙探測區域面積，m2；K—修正系數；A—光電感煙探測器的保護面積，m2。

根據該變電站實際情況，將測溫式電氣火災監控探測器主要安裝在電纜端子及接頭等易發熱區域，按變電站實際現狀宜采用可恢復式纜式線型感溫探測器，線型感溫火災探測器采用直接接觸式的敷設方式對變電站電纜溝內部動力電纜進行實時探測；纜式線型感溫火災探測器應采用“S”形敷設在各層電纜的表面上。每一條回路的終端均配有終端盒及轉換盒，輸入到相應模塊并且連接火災報警系統的控制器。

2)手動報警裝置：手動火災報警裝置安裝在礦山變電站內部安全位置的墻壁上，安裝位置距地面高度達到1.3 m，并且兩套探測總線接入到火災報警系統的控制器中，巡視電工發現有火災隱患時，利用手動報警器向變電站管轄部門監控中心發出報警信號，并啟動聲光報警器。

3)聲光報警器：在變電站管轄部門監控中心和變電站值班室各安裝一臺聲光報警裝置，設置在建筑內部拐角的明顯部位，聲壓級不小于 60 dB，能夠達到對火災隱患及時作出應急反應。

4)火災報警控制器：火災報警系統控制器是系統的最核心裝置，具備智能化總線，分回路兩條，512個地址點數，配備繼電器有源輸出8路。

1.5 排風機遠程控制安裝調試

采用SIEMENS S7-200 SMART 系列 PLC 做為控制器的集中聯鎖控制形式，風機的啟動/停止等操作與火災報警系統進行聯鎖，調度室可以遠程啟停變電站現場電纜溝內的兩臺軸流風機，并且實時掌握風機運行狀況。

2 改造施工，嚴格控制危險源

由于35 kV變電站無人值守改造施工過程，在安裝煙霧傳感器及火災報警系統時，安裝位置距高壓柜目排較近，并且在變電站運行中進行，必須安全距離不夠的注意事項。在施工時首先由技術人員與施工單位進行了安全技術交底，明確帶電位置；其次在每一部分施工內容實施前，提前做好相應部位的停電及倒閘操作，確保安全施工的基礎上，保證了井下礦山一級負荷工地按要求及變電站對外輸出供配電任務完成。通過安全措施的嚴格執行，使得整個改造過程中未發生任何事故，保證了安全施工。

3 結語

該項目對礦山變電站無人值守領域發揮了促進作用，對其它礦山也具有重要的借鑒意義，可在同類型礦山中進行推廣應用，經濟、安全和社會效益巨大[8]。