中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司 煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 赫廣杰

針對華夏煤業(yè)有限公司中央變電所依然采用人工操作、現(xiàn)場值守的傳統(tǒng)工作方式，通過建立電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在地面集控室對高爆開關(guān)、低壓饋電開關(guān)以及照明開關(guān)的遙測、遙信、遙控以及遙調(diào)功能，結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到有人巡視無人值守的建設(shè)目標(biāo)，該系統(tǒng)降低人力成本、提高了中央變電所自動化程度，為煤礦供電安全提供技術(shù)保障。

目前，隨著信息化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的大力推廣應(yīng)用，大型煤礦企業(yè)正在重點(diǎn)推進(jìn)智慧礦山建設(shè)，然而大部分煤礦中央變電所自動化程度依然不高，通常采用崗位工三班作業(yè)固定值守的工作模式，僅能實(shí)現(xiàn)就地操作防爆開關(guān)無法實(shí)時(shí)感知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。煤礦井下中央變電所是供配電系統(tǒng)的核心，為井下電氣設(shè)備提供安全、可靠、穩(wěn)定的電能。我院根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局制定的《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系基本要求及評分方法（試行）》達(dá)標(biāo)指南中提出的考核標(biāo)準(zhǔn)要求，為華夏煤業(yè)建設(shè)中央變電所監(jiān)控系統(tǒng)，滿足煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一級礦井考核目標(biāo)。

1 井下中央變電所現(xiàn)狀

華夏煤業(yè)井下中央變電所采用獨(dú)立的雙回路供電系統(tǒng)以保證供電質(zhì)量和可靠性：地面35KV變電站的雙回路電源分別進(jìn)入兩臺母聯(lián)10KV高爆開關(guān)，每臺母聯(lián)帶5臺10KV高爆開關(guān)，分別作為南翼、6103配電點(diǎn)、水泵房、北區(qū)集中皮帶、西巷變電所供電，中間1臺為聯(lián)絡(luò)用高爆開關(guān)，共有13臺10KV高爆開關(guān)；3臺1140V低壓饋電開關(guān)為井下水泵房和1臺127V照明開關(guān)供電。

2 中央變電所監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

2.1 升級改造

建立中央變電所監(jiān)控系統(tǒng)要求高爆開關(guān)、低壓饋電開關(guān)以及照明開關(guān)內(nèi)的綜合保護(hù)器需要具備通訊接口并且開放通訊協(xié)議，由于華夏煤業(yè)部分開關(guān)綜合保護(hù)器不具備通訊功能，為此通過協(xié)調(diào)開關(guān)廠家更新了具有通訊功能的綜合保護(hù)器，升級改造后中央變電所開關(guān)內(nèi)的綜合保護(hù)器均具有通訊功能。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)主要由礦用隔爆兼本安型電力監(jiān)控分站、礦用隔爆兼本安型直流電源、礦用煙霧傳感器、礦用溫度傳感器、礦用隔爆攝像儀、通訊管理機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)軟件、工控機(jī)、礦用本安型交換機(jī)以及礦井環(huán)網(wǎng)等組成，監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控分站通過485總線串行接入高爆開關(guān)、低壓饋電開關(guān)、照明開關(guān)、礦用煙霧傳感器以及礦用溫度傳感器，并通過以太網(wǎng)連接礦用本安型交換機(jī)接入礦井環(huán)網(wǎng)。2臺礦用煙霧傳感器分別安裝在中央變電所前門和后門，2臺礦用溫度傳感器與礦用煙霧傳感器一起布置，用于監(jiān)測變電所內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)。2臺礦用隔爆攝像儀分別布置在前門和后門通過礦井環(huán)網(wǎng)實(shí)時(shí)采集中央變電所內(nèi)視頻信息，方便集控室查看中央變電所內(nèi)圖像信息。礦用隔爆兼本安型穩(wěn)壓直流電源為監(jiān)控系統(tǒng)供電，內(nèi)置電池可保障斷電后設(shè)備可連續(xù)工作2h以上。通訊管理機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)硬件核心部分，主要完成開關(guān)的遙測、遙信、遙控、電量數(shù)據(jù)、故障信號、錄波數(shù)據(jù)以及定值數(shù)據(jù)等的電力104協(xié)議規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)。工控機(jī)一備一用，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用雙主工作方式，實(shí)現(xiàn)中央變電所內(nèi)全部開關(guān)的遙測、遙信、遙控以及遙調(diào)功能。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 串口通訊程序設(shè)計(jì)

井下中央變電所共有17臺綜合保護(hù)器，4個(gè)傳感器，均為485通訊接口采用串口通訊協(xié)議，由于串口通訊采用讀寫輪循的工作機(jī)制，并且一個(gè)站點(diǎn)通訊故障需要等待2個(gè)通訊超時(shí)周期約300ms才能進(jìn)行下一個(gè)站點(diǎn)通訊。根據(jù)實(shí)際情況將高爆開關(guān)互為備用的劃分為2組共4個(gè)接入一個(gè)485接口，共需要4個(gè)485通訊接口；低壓饋電開關(guān)和照明開關(guān)共用1個(gè)485通訊接口；2個(gè)溫度傳感器和2個(gè)傳感器接入1個(gè)485接口，采用6個(gè)485通訊接口實(shí)現(xiàn)串行通訊顯著地提高通訊效率、縮短響應(yīng)時(shí)間。

此外，通過優(yōu)化通訊程序邏輯，不采用傳統(tǒng)的1個(gè)站點(diǎn)讀操作、寫操作，然后進(jìn)行下一個(gè)站點(diǎn)的重復(fù)邏輯，改為監(jiān)測寫操作（遙控）寄存器值發(fā)生改變才執(zhí)行寫操作，即如果程序檢測到操作員進(jìn)行寫操作，通訊程序執(zhí)行完當(dāng)前的讀或?qū)懖僮髁⒓磮?zhí)行當(dāng)前的遙控程序進(jìn)行開關(guān)的合閘和分閘操作以提高遙控效率，以1個(gè)串口通訊程序?yàn)槔f明遙控操作流程如圖2所示。

圖2 串口通訊遙控操作流程

3.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用WINCC7.5設(shè)計(jì)，具有完備的監(jiān)測、控制、曲線、報(bào)表、報(bào)警以及登錄等功能，主要實(shí)現(xiàn)井下中央變電所高爆開關(guān)、低壓饋電開關(guān)、照明開關(guān)的遙控、遙信、遙測、遙調(diào)以及溫度、煙霧監(jiān)測功能，監(jiān)控系統(tǒng)畫面如圖3所示。

圖3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)畫面

結(jié)論：華夏煤業(yè)井下中央變電所監(jiān)控系統(tǒng)已正式投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定并具有較高的可靠性，改造前采用三班固定值守的作業(yè)方式需要3個(gè)人，改造后中央變電所采用集控室統(tǒng)一遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)所內(nèi)全部10KV高爆開關(guān)、1140V低壓饋電開關(guān)以及127V照明開關(guān)的遙控、遙信、遙測以及遙調(diào)功能，輔以井下中央變電所內(nèi)實(shí)時(shí)高清視頻監(jiān)控，通過對原集控室崗位工進(jìn)行操作培訓(xùn)而沒有額外增加崗位工就實(shí)現(xiàn)了中央變電所的無人值守，通過建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減人3名，達(dá)到了減員提效的建設(shè)目標(biāo)，并且助力華夏煤業(yè)山西省一級標(biāo)準(zhǔn)化和信息化煤礦建設(shè)。