浅谈采区变电所无人值守技术研究与应用

来源:用户上传      作者:

　　【摘 要】电力作为现代煤矿工业的主要动力，在煤炭生产中占有十分重要的位置，是保证煤矿生产的先决条件。优良的矿井供电系统对于保护矿井作业安全、提高作业效率、保证工作人员的人身安全具有重要意义。十年来，得益于自动化技术、计算机技术、微机保护技术的发展，国家电网的变电站已经基本实现综合自动化，实现无人值守，近几年也建立一些數字化变电站示范站。变电站自动化→数字化→智能化是电网未来的发展方向。通过以太网连接，形成综合自动化网络，并依托自动化平台增加信息化管理模块，实现供电设备管理的信息化，达到无人值守目的，减员提效，实现井下电网安全、可靠、经济运行是目前的发展方向。
　　【关键词】综合自动化;采区变电所;无人值守;减员提效
　　中图分类号： TM76 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）27-0233-003
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.106
　　0 引言
　　我们煤炭企业由于受管理理念、技术研发水平、装备水平、人员技术水平等因素限制，目前煤矿地面主变电所真正实现综合自动化，达到无人值守的很少。井下采区变电所实现综合自动化更是少之又少。我们集团公司内部矿井采区变电所综合自动化水平也参差不齐，基本是对采区变电所的高压或某个采区变电所实现自动化控制。煤矿采区变电所立足于现有技术及装备水平，突破单个变电所自动化思维限制，通过以太网连接，形成综合自动化网络，并依托自动化平台增加信息化管理模块，实现供电设备管理的信息化，达到无人值守目的，减员提效，实现井下电网安全、可靠、经济运行是目前的发展方向。
　　1 主要研究内容以及研究方法、技术路线
　　1）根据我矿井下采区变电所的负荷情况，进行优化组合。将现在采区变电所的高低防开关更换为组合馈电开关，组合馈电开关具备“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能。关键是开关小车要具备电动分合功能。组合开关尽量采用同一厂家产品。组合开关配备的综合保护装置要性能可靠，保护功能齐全。
　　2）在每个采区变电所安装一台交换机，通过矿用屏蔽双绞线通信电缆连接综合保护装置的CAN bus接口（或RS485接口），进行数据通信。交换机连接到我矿现有工业环网，通过工业环网与地面键控制主机相连。地面监控主机内安装InTouch组态软件。使用InTouch组态软件将能实现以下功能：
　　（1）实现变电所内矿用防爆型组合馈电开关的数据实时采集。通过组合馈电开关自带的数据采集系统和中间网络以及上位机组态软件可以将设备的数字量输入信号和模拟量输入信号进行实时读取和显示。
　　（2）实现矿用防爆型组合馈电开关断路器和隔离小车的远程控制。
　　（3）监控主机操作画面需要设置不同等级的用户登陆和操作权限。根据不同管理角色设置不同的用户，可按系统管理员、值长、一般值班操作人员等提供分级密码，对这些用户进行不同等级的授权，并对所有操作自动进行带时标事件记录，建立良好的反事故措施。
　　（4）实时记录、历史记录、事件记录、故障及操作记录等。上位机组态软件可以采集和记录设备的实时数据并存储在数据库内予以保存，根据硬盘空间大小来确定保存时段的长短，数据留存期内可以标准或设定文件格式随时调用和打印上述历史数据，实现报表功能。
　　（5）配合低压配电设备实现变电所内环境的监测。系统通过低压配电设备实现对变电所内温度、烟雾和瓦斯浓度的监测，预防火警及其它事故。用于不同开关通信协议的转换与通信。
　　3）在变电所综合自动化平台上进行设备管理信息化研究，实现设备台账、图像、参数、检修信息、历史故障信息、配件管理、标志牌图纸管理等，开发一套继电保护整定计算软件，实现定值自动计算，下发和召唤。
　　4）在保证防爆开关设备防爆性能、电气性能的前提下，研究在开关内部关键部位安装无线温度传感器的可行性，以及数据收集传输方法的实现。编制温度监控预警软件，实现温度实时显示，超温报警，温度变化曲线查看等功能。
　　2 采区变电所无人值守在煤矿供电系统中应用的目的和必要性
　　2.1 实施背景及目的
　　随着矿井开采的延伸，我矿井下供电系统越来越庞大、复杂。现有南翼5#、4#、3#、南翼轨道下山、二采2#、十采区变电所，南翼1#、四采、二采三上配电点，共计9个采区变电所、配电点，各变电所配电点之间距离也较远。采区变电所值班电工每班8人共24人，去除学习及休班，每班出勤4至5人，每人约负责2个岗点的巡检、停送电、日常维护、保护试验等工作。煤矿井下作业的特殊性，井下供电系统极易出现漏电、短路、过流等故障，造成开关跳闸停电或停风，影响生产及安全。如停电变电所无人值班，值班电工接到通知去送电，这一过程基本得半小时左右，特别是局部风机停电，对安全及生产的影响极大。故障跳闸情况时有发生，按每天影响半小时计算，一年180多个小时的影响，损失是巨大的。
　　采区变电所开关类型众多，综合装备水平较低，设备互换性差。高防开关有2个厂家6种类型，低防开关有3个厂家4种类型。有传统插件式保护，有单片机综合保护，有带通信接口也有不带通信接口的，操作机构有手动储能的，有电动储能的，有电磁直接操作的。而且各种开关之间通信协议不同，阻碍了综合自动化的统一通信控制。
　　2.2 采区变电所设备现状
　　采区变电所设备综合信息化管理上落后，主要表现在以下几方面：
　　（1）开关运行状态及运行参数，如开关的分合状态、故障类型、报警指示、运行电流、电压、功率，只能
　　靠人去查看，管理层无法掌握综合数据和信息。
　　（2）继电保护定值管理还是采用人工计算、下发区队，区队再安排人现场去调整，甚至有的开关还必须停电开盖才能调整定值。还得定期安排人去现场核对定值整定情况。定值整定计算复杂，容易出错，如果计算或整定错误，很可能造成开关误动或拒动，影响生产或安全。开关实际定值和定值单、图纸、标志牌一一对应。每调整一个定值，上述工作就得重复一遍，费时费力。 　　（3）设备台账、标志牌、图纸管理落后。现在设备台账还是人工统计设备信息，录入微机。而且仅是设
　　备型号和主要参数，没有设备图片、主要及易损配件型号、库存管理。设备或负荷调整后，定值得调整，图纸标志牌都得相应打印张贴。
　　（4）设备维护保养缺乏信息管理依据。现在设备检修，基本是各变电所轮着检修，重要变电所多检修一
　　次，由于缺乏设备的运行信息，不能有效掌握設备的异常情况，就造成检修缺乏针对性和预见性。例如高防开关内部真空断路器每操作2000次就得润滑、紧固、检查调整开距和超行程，否则就可能出现合闸三相不同期甚至分合闸缺相等故障。真空断路器短路跳闸30次就该更换真空管，如不更换分合闸时就有可能发生真空管爆炸事故。
　　（5）设备巡检手段落后，现在巡检就是看看外观，听听有无异响，摸摸开关是否发热。由于防爆开关是
　　封闭式的，上述手段很难发现开关的内部异常。设备异常及事故主要是由于触头或接线柱接触不良，发热引起。但目前井下高低防开关还没有内部触头和接线柱的温度监测功能。
　　2.3 必要性
　　面对这种现状，采区变电所进行设备升级，建立统一的自动化管理和信息平台，提升综合自动化水平，对减人提效，保障系统安全可靠运行是非常有必要的。
　　3 主要目标及技术经济指标
　　3.1 主要目标
　　高低防开关全部更换为组合开关，组合开关支持远方和就地操作，并且开关小车可电动分合，支持远方控制。组合开关配备综合保护，并具备数据通信接口。综合保护动作可靠，保护功能齐全，符合规程要求。
　　实现对井下变电所低压供电设备的远程监视和监控，实现数据采集、状态显示、参数设置、分合闸操作和视频图像显示、视频联动、数据联动、故障定位。而地面监控主机对开关的参数修改和控制指令以及对监视设备的的控制指令也通过工业网络进行传送，通过数据在中间网络的双向传输，实现“五遥”功能，即：遥测、遥信、遥调、遥控和遥视，实现变电所的无人值守。
　　实现采区变电所设备综合信息化管理，能够实现短路电流计算、保护整定计算、电缆选择、定值召唤与下发;设备检修信息管理;标志牌、图纸更新打印。
　　实现对开关内部关键部位的测温管理，实时报警。
　　变电所信息Web发布，在矿办公网可以通过web方式浏览。并支持手机端浏览，支持苹果系统手机、安卓系统手机、微软系统手机浏览采区变电所实时情况。
　　3.2 技术经济指标
　　3.2.1 组合开关综合保护
　　（1）采样回路精确工作范围及误差
　　（2）元件定值误差
　　电流元件定值误差：<±2.5%;电压元件定值误差：<±2.5%。
　　时间元件：<±20ms;方向元件角度误差：<±3度。
　　（3）整组动作时间
　　保护速动段的固有动作时间（包括继电器固有时间）：1.2倍整定值时，不大于30ms。
　　（4）通讯接口
　　接口类型：CAN Bus（或RS485）、本安信号输出。
　　通信速率：最大1Mbps（40m）。
　　通信距离：10Km（通信速率低于5Kbps）。
　　（5）保护功能
　　应具备速断保护;过流保护;堵转保护;过载保护;断相及不平衡保护;过电压保护;低电压保护;漏电保护;漏电闭锁;选择性漏电保护;瓦斯闭锁、风电闭锁;TV断线告警;故障录波等保护功能。
　　3.2.2 变电所综合自动化平台
　　操作系统（win7以上系统）、数据库、编程语言等应为可靠性高、开放性好、易操作、易维护、安全、成熟的主流产品。软件应有详细的汉字说明和汉字操作指南。
　　软件必须具有操作权限管理功能，对参数设置、控制等必须使用密码操作，并具有操作记录。
　　监控后台调出整幅画面85%的响应时间应不大于2s，其余画面应不大于5s。
　　遥测量综合误差不大于±0.5%，遥测传送时间不大于4s;遥信动作率不小于99.9%，遥信变化传送时间不大
　　于3s;遥控、遥调动作正确率100%，传送时间不大于4s。
　　系统平均无故障工作时间应不小于800小时。
　　井下用防爆分站或交换机的防爆性能应符合GB 3836的规定，矿用一般型设备应符合GB 12173的规定。
　　系统备用电源在交流电源停电后，工作时间不少于4小时。
　　3.2.3 温度监测
　　温度传感器安装后，必须保证电气设备的爬电距离满足规程要求。
　　测温精度小于±1℃，温度变换响应时间小于1分钟，温度传感器使用寿命不低于10年。
　　4 预期研究成果及其形式
　　依托目前矿井的工业环网，实现井下采区变电所综合自动化，在此基础上实现采区变电所设备管理信息化，从而实现采区变电所无人值守。
　　5 技术难点及主要创新点
　　（1）高压及低压组合馈电开关在矿井变电所综合自动化中的应用。
　　（2）不同开关通信协议的转换与通信。
　　（3）利用工业环网进行电力通信实时性与可靠性研究。
　　（4）在变电所综合自动化平台上进行设备管理信息化研究，特别是继电保护整定计算软件的研制，以及定值召唤与下发的实现研究。
　　（5）在防爆设备内部关键部位实现实时在线测温预警系统的研究。
　　6 推广应用前景及经济、社会、效益分析
　　无人值守采区变电所的实现，不仅能取得良好的经济效益，还可以有效保障煤矿安全生产。
　　（1）减人提效，减少成本支出。目前我矿井下采区变电所每班有8人，三个班共24人，实现无人值守后，值守电工改为巡回检查，每班可减少4人，共减少12人。按人均应收7万估算，每年可减少84万元工资支出。
　　（2）减少的人员可以充实到维修班中，解决目前检修维护人员偏少的局面。
　　（3）通过前台机可以方便的查看分析开关及系统的运行状况，及时掌握系统异常情况，有针对性的进行超前检修，减少事故发生。
　　（4）通过对跳闸信息的监视，可以根据故障或跳闸信息，有选择性的远程恢复开关供电，减少停电对生产的影响，提高了效率，也保证了矿井正常生产和安全提高了效率。
　　（5）使得采区变电所设备管理实现信息化。
　　综上所述对井下采区变电所进行无人值守改造，既可以达到减员增效，提高企业劳动生产效率的目的，又能及时清晰、全面、准确地掌握设备运行状态，快速可靠地控制设备运行状况，从而实现对井下采区变电所开关进行集中统一管理、安全生产的目的。
　　7 结论
　　目前国家电网已经基本实现变电所无人值守化，变电所智能化、无人值守化是必然的发展趋势。在我们煤矿企业，利用自动化手段，减人增效是发展的必由之路。煤炭企业特别是非新建矿井，由于自动化水平较低，井下供电设备情况参差不齐，新型开关与老旧开关并存，各种综合保护通信协议不统一，实现变电所综合自动化达到无人值守的目的存在一定难度。本项目的成功研究与实施，必然提升我矿的自动化水平，起到良好的示范作用，对相似矿井的采区变电所综合自动化改造具有良好的推广应用价值。
　　【参考文献】
　　[1]满守林.煤矿井下变电所监控系统的安装测试与改进[J].中国高新技术企业，2007（5）：144，147.
　　[2]张运华，赵春涛.井下采区变电所无人值守监控系统设计[J].中国设备工程，2008（7）：47，49.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15031251.htm