淺談礦井變電站綜合自動化技術應用

郭玉峰

(西山煤電集團公司 發電事業部， 山西 太原 030053)

我國煤炭生產自動化、信息化水平的提升，各種重裝備、新設備的投入，使煤礦電網規模越來越大，電力網絡愈加復雜。為保障井下供電系統的安全性、可靠性，對礦井變電站提出了更高要求。變電站綜合自動化技術是一種通過集成化和智能化的技術手段，將變電站內設備聯系為一個動態整體，并通過傳感器收集站設備運行數據信息傳入系統后臺進行分析比對，從而為站內設備及日常供電提供合理可靠的保障。

1 煤礦地面變電站情況

1) 設備可靠性。

礦井變電站是根據井下工作面開采情況而同時建設，站齡普遍較長，一次設備均存在不同程度的老化和損壞。各礦區建站初始，根據自身情況需要，設備選型和配置較為雜亂，難以滿足現階段供電需求；設備整體過時情況較為嚴重，部分35(6)kV開關柜配件已無法繼續生產。

多數礦井變電站建設于采空區上，且站內建筑均為磚混結構，而地形沉陷會導致樓體發生形變，間接使35(6) kV變電柜發生形變，為日常供電保障和檢修維護帶來了極大的不便。各站智能化程度較低，大多數停送電均需人工就地操作，容易造成設備損害甚至危及操作人員生命安全。

站內監測手段普遍較為落后，監控及保護端因設備兼容性較差或與后臺系統匹配程度較低，站內管理人員不能及時掌握設備運行情況，在突發情況下無法做出正確干預，導致事故進一步擴大甚至全站失電，影響礦井經濟效益甚至危及井下工作人員生命安全。

2) 工作人員專業素質。

各站內運維人員專業技術水平有待提高。礦井變電站的操作主要由運維人員完成，其文化和技術水平直接影響到礦井生產的供電保障。礦井變電站操作較為簡單，且大部分35 kV變電站負荷種類較少，所以各礦在根據采煤工作面進展情況建設變電站時，降低了對站內運維人員選拔上的標準，加之多數變電站地處人跡罕至的深山之中，導致部分運維人員工作積極性不高，業務水平進步緩慢。

部分運維人員為非本專業人員，缺乏對事故處理經驗，只會做一些數據報送或站內巡視工作，對站內設備功能及各項技術參數不能充分掌握，如遇到突發設備或線路故障情況，無法做出及時有效的處理措施，可能導致事故進一步擴大甚至全站失電。

3) 設備常規維護改造。

若對礦井變電站僅進行常規維護性改造，成本過高，且改造后新替換設備的操作方法需站內人員耗費一定時間進行摸索熟悉。礦井變電站內所使用后臺系統及一、二次設備信息收集若無法保證及時準確，無法與之相連的各級變電站形成有效串聯，如遇事故發生，則需要當值人員通過電話請示工區負責人進行操作，該過程耗費時間，且部分問題語言難以描述清晰，可能導致事故進一步擴大甚至波及整體電網的正常運轉。

2 變電站綜合自動化系統

2.1 變電站綜合自動化系統簡介

變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括測量儀表、信號系統、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等)通過合理的組合和優化設計，利用現階段先進的計算機技術、通信技術、現代電子技術和信號處理技術，實現對站內運行設備和輸配電線路的自動測量、監測、自動控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

變電站綜合自動化系統是利用多后臺計算機和大規模集成電路組成的自動化系統代替日常運行中的測量和監視儀表，替換普通變電站中的控制屏。中央信號系統和遠動屏，利用微機保護替代常規的繼電保護，改善了常規繼電保護無法與外界通信的缺點。通過計算集成化技術，使各個設備之間可以互相交換信息，數據共享，實現變電站運行期間自動監視、管理、協調和控制，提高了變電站內部的保護和控制性能，使得變電站在供電期間變得更為可靠，并且整體提高了供電網絡的控制水平。同時，變電站整體布局得到有效改善，占地面積更小，也更容易適應各種極端地貌及天氣。

2.2 變電站綜合自動化系統的優點

1) 設備管理。

通過初期對站內電氣設備的信息錄入，可在系統主機內建立設備電子臺賬，記錄包括廠家、型號、生產日期、運行時長、檢修維護情況等信息，有效杜絕站內設備管理混亂情況。在運行維護人員進行檢修維護和故障消缺作業時，可以及時了解各設備的現役狀況，對故障進行研判，縮短故障處理時間，為供電安全做出有效保障。

2) 事故預警。

在站內各電氣設備運行期間，變電站綜合自動化系統不間斷收集匯總并分析各項指標數據，實時上傳至終端計算機可視化窗口，提醒在場運行維護人員勘察設備運行情況，使設備在發生事故前，工作人員可以有充足的時間將故障設備及時從供電系統中剝離，有效降低和避免因設備故障而引發的停電事故。

3) 溫度實時監測。

通過環境傳感器實時監測變壓器、母線、開關、刀閘等關鍵設備的信息數據，并將各項數據實時顯示在終端計算機溫度控制模塊中。在設備溫度發生異常變化時，及時發出警報提醒當值運行人員，并及時采取除濕和降溫操作，避免因溫控和濕控工作疏忽導致站內設備損壞。

4) 遠端設備操作。

在變電站停送電和日常設備檢修期間，可通過遠端計算機控制對設備的啟停、開關和刀閘的開閉進行一鍵操作，避免了運維人員就地操作設備帶來的安全隱患，杜絕了人身傷亡事故的發生。

5) 設備及線路瞬時切換。

當變電站內設備或供電線路遇到突發緊急故障時，系統根據提前錄入編寫的突發事故處理程序，在故障發生的瞬時投切備用設備或備選供電線路，極大程度縮短主變設備切換的時間，保證礦井工作面用電負荷正常供電，從根本上杜絕井下因失電而帶來的經濟損失和人身傷亡事情的發生。與此同時，系統向后臺計算機發送設備動作警報，提醒當值運維人員查看停運設備或線路，使事故能夠及時被人為干預，避免變電站內設備損壞或發生停電連跳事故波及其余變電站。

3 煤礦變電站綜合自動化系統的功能

1) 運行設備智能控制。

通過綜合自動化系統可實現負荷開關和刀閘的遠程分合、變電柜手車進出的遙控等操作，避免了運行檢修人員因疏忽進行帶電操作或誤入帶電間隔，保障了人員的生命安全以及站內設備運行安全。也可將固定操作流程編入系統內，在設備從運行和檢修狀態切換時，做到一鍵自動切換，縮短操作時間。通過對電壓、電流和開關量信息的采集，幫助運維人員判斷就地設備的開關或刀閘是否到位、工作區域是否帶電，并可遠端控制設備柜門的開合，保障現場工作安全。

2) 設備運行監測。

對站內主要設備安裝的測溫感應器、局放傳感器、弧光傳感器、機械特性傳感器收集的數據進行實時同步整理分析，并將該數據導入系統后臺中，利用邊緣計算程序與原設額定數值進行比對。當數據與額定數據不符時，通過預設調節方式進行干預，將干預指令內容實時記錄在案，并在數據恢復正常前，持續向主系統推送相應環境量值。

3) 電纜故障監測。

利用系統中“相不對稱”接地故障監測技術，并通過以太網與主機相連，在電纜發生故障時，及時精準的找到故障發生點，縮短事故持續時間，避免因未能及時找到電纜故障點而導致事故進一步擴大，甚至造成全站失電。

4) 瞬時故障剝離。

當站內運行設備發生故障時，系統在極短時間內做出研判，找出事故點并將其切斷，將故障設備及時從電網內剝離；與此同時，根據系統內故障自救策略，及時啟用備用設備或電路，保障供電的安全和質量，避免因一站故障而導致多級連跳的事故發生，維持整體電網的穩態運行。

5) 變壓器狀態監測。

通過對變壓器內油溫、油量、繞組溫度、繞組阻值等各項數據的統計，并根據邊緣計算方法提取出變壓器運行狀態時的有效表征量，實現對變壓器運行狀態的在線監測和自動控制。根據內部繞組的損耗發熱機理、溫度分布的規律，及時對變壓器運行做出調整，保障整體電網的穩態運行。通過收集到的數據對變壓器健康情況進行正確分析，確保設備在運行期間狀態良好，杜絕設備因操作不當等因素影響使用壽命。

6) 智能作業記錄。

系統內不僅繼承各站停送電和檢修操作票開具程序，并且在運維人員進行相關設備操作開具紙質票據的同時，自動記錄此次作業的詳細內容，包括作業時間、設備名稱、作業種類、操作人員等，在后期對設備進行維保工作時，便于運維人員查看各設備的現役情況，延長設備使用壽命。

4 效益分析

變電站綜合自動化系統在煤礦生產工作供電區域內整體投運，可加強各級變電站間的信息交流，極大程度地縮短各站之間的反應動作時間。在遇到突發事故時，能在最短時間內做出有效干預，避免事故進一步擴大導致全站失電甚至發生連跳事故波及其余各站，保障了礦井的經濟效益和井下職工的人身安全。因變電站綜合自動化系統有較高的集成度和智能化，站內大部分操作均可遠端或自動執行，能夠縮減供電專業人才需求度，各站內僅需留守1～2名運行監盤人員，其余專業技術人員以工區為單位組成檢修小組，用以對工區不同變電站的定期檢修維護，縮減人工成本。

相關管理部門可對局域電網內的各站設備進行規范化管理，延長設備使用壽命，避免設備因操作不當等原因造成加速老化或損壞。在保障礦井供電安全的同時，提升電網整體供電質量，為礦井的經濟效益和人身安全提供可靠支撐。

5 結 語

變電站綜合自動化系統作為一種具有高度集成化和智能化的供電系統，不僅可以有效保證礦井生產的供電安全和供電質量，同時可以極大程度避免因人為或設備因素帶來的不可控風險，加強對供電系統的管控，并為供電電網長期穩態運行提供了有效的保障。