徐建軍， 齊延輝， 潘博

(陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司機(jī)電公司， 陜西 黃陵 727307)

0 引言

黃陵礦業(yè)供電系統(tǒng)主要為礦區(qū)生產(chǎn)生活提供電任務(wù)，目前各變電站采用KYN28型和GG-1A老式開(kāi)關(guān)柜，斷路器本身可由遠(yuǎn)方控制中心遙控操作。但是，進(jìn)出斷路器手車(chē)需要開(kāi)關(guān)停電后，變電操作人員到開(kāi)關(guān)室現(xiàn)場(chǎng)使用搖柄人工將其由運(yùn)行位置退出到試驗(yàn)位置(檢修位置)，最后合上線路側(cè)接地刀閘。候莊35kV變電站承擔(dān)著黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦四號(hào)風(fēng)井，在遠(yuǎn)程上可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜斷路器分合的單一操作[1]。但手車(chē)和接地刀閘操作還需人員就地操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)從運(yùn)行-熱備-冷備-檢修狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換。這就導(dǎo)致完全無(wú)人化后有著操作成本大，業(yè)務(wù)水平要求高等問(wèn)題。本文結(jié)合變電站現(xiàn)有的設(shè)備特點(diǎn)對(duì)變電站手車(chē)智能化技術(shù)加以研究，以期提升黃陵礦業(yè)供電系統(tǒng)的無(wú)人值守水平。

1 變電站手車(chē)智能化技術(shù)研究?jī)?nèi)容

通過(guò)建立煤礦變電站手車(chē)智能化系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有變電所開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行電動(dòng)操作改造和增加必要的輔助監(jiān)控設(shè)備：增加遠(yuǎn)程操作監(jiān)控后臺(tái)，安裝一鍵順控(自動(dòng)停送電)功能軟件，增加一鍵順控(自動(dòng)停送電)內(nèi)置五防與新增的智能防誤主機(jī)共同實(shí)現(xiàn)一鍵順控(自動(dòng)停送電)雙套防誤校核，實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)程運(yùn)維和一鍵順控(自動(dòng)停送電)功能，開(kāi)關(guān)柜一鍵順控技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 變電站一鍵順控(自動(dòng)停送電)功能結(jié)構(gòu)

2 變電站手車(chē)智能化設(shè)計(jì)

2.1 斷路器設(shè)計(jì)

斷路器的位置確認(rèn)應(yīng)采用“位置遙信+遙測(cè)”判據(jù)[2]。位置遙信作為主要判據(jù)，采用分/合雙位置輔助接點(diǎn)，分相斷路器遙信量采用分相位置輔助接點(diǎn),如圖2所示。

圖2 斷路器位置遙信判斷邏輯

遙測(cè)量提供輔助判據(jù)采用三相電流或三相電壓。三相電流取自本間隔電流互感器；三相電壓取自本間隔增加的三相帶電顯示裝置。對(duì)于無(wú)法采用三相電流、三相電壓或三相帶電顯示裝置信號(hào)的情況，可采用“圖像識(shí)別”等判別技術(shù)提供輔助判據(jù)。

斷路器位置雙確認(rèn)邏輯為：當(dāng)斷路器位置遙信由合變分，且滿足“三相電流由有流變無(wú)流、三相帶電顯示裝置信號(hào)由有電變無(wú)電、圖像識(shí)別機(jī)械位置指示由合變分”任一條件，則確認(rèn)斷路器已分開(kāi)[3]。當(dāng)斷路器位置遙信由分變合，且滿足“三相電流由無(wú)流變有流、三相帶電顯示裝置信號(hào)由無(wú)電變有電、圖像識(shí)別機(jī)械位置指示由分變合”任一條件，則確認(rèn)斷路器已合上。

2.2 變電站手車(chē)智能化設(shè)計(jì)

首先，選用帶有霍爾傳感器的BRK-3910開(kāi)關(guān)設(shè)備智能監(jiān)測(cè)裝置，在配線時(shí)可采集分合閘線圈、彈簧儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)線圈動(dòng)作時(shí)的感應(yīng)電流，對(duì)開(kāi)關(guān)情況進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，BRK-DP智能顯示裝置，可以監(jiān)測(cè)、上傳開(kāi)關(guān)各類(lèi)信息，并智能保護(hù)開(kāi)關(guān)柜。

其次，在開(kāi)關(guān)手車(chē)下方安裝電動(dòng)底盤(pán)車(chē)，原來(lái)的接地刀和底盤(pán)車(chē)全部更換為電動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)智能組件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方一鍵停送電。在此基礎(chǔ)上，在斷路器底板上利用支架安裝位移傳感器，可配合輔助開(kāi)關(guān)等量的采集，進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析，判斷出開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性，包括觸頭開(kāi)距、分合閘速度、彈跳以及同期性。再將無(wú)線測(cè)溫傳感器捆綁于動(dòng)觸頭上，通過(guò)無(wú)線測(cè)溫接收器采集傳感器數(shù)據(jù)，接收器再通過(guò)RS485接到BRK-3910裝置上，由BRK-3910裝置采集溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)斷路器室和地刀室安裝2個(gè)網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭，通過(guò)交換機(jī)上傳智能后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。需要注意的是,要在接地刀室安裝電子閉鎖裝置，防止開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。

最后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸,如位移傳感器、無(wú)線測(cè)溫傳感器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等設(shè)備采用光纖以太網(wǎng)接口，通過(guò)BRK-3910開(kāi)關(guān)設(shè)備智能監(jiān)測(cè)裝置對(duì)開(kāi)關(guān)柜信息和狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并通過(guò)網(wǎng)線上傳到10 kV高壓室的交換機(jī)上，繼而利用原通信上傳至主控室，在主控室中，搭建后臺(tái)系統(tǒng)，包含智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)和PME智能供配電管理系統(tǒng)；另外利用礦區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，將信息上傳至電力調(diào)度，在電力調(diào)度搭建智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)和PME智能供配電管理系統(tǒng),如圖3所示。

圖3 侯莊變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3 變電站手車(chē)智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站手車(chē)智能化系統(tǒng)能夠幫助電力用戶減輕運(yùn)維強(qiáng)度、提高用電管理水平的一整套配電解決方案[5]。系統(tǒng)軟件基于目前高速發(fā)展的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，具有操作簡(jiǎn)單化、交互人性化、功能齊全化、響應(yīng)速度化等特點(diǎn)。

3.1 設(shè)備健康管理

借助于設(shè)備電氣模型和大數(shù)據(jù)分析，通過(guò)對(duì)設(shè)備電氣特性、機(jī)械特性及溫度特性的參數(shù)的監(jiān)測(cè)，從而得出設(shè)備健康狀態(tài)，針對(duì)嚴(yán)重程度提示隱患、告警、故障等提示。直觀顯示各類(lèi)設(shè)備指標(biāo)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以狀態(tài)檢修代替常規(guī)例行巡檢，為用戶進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)提供強(qiáng)力支持管理，如圖4所示。

圖4 智能供配電管理系統(tǒng)主界面

1) 開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)。包含斷路器分合狀態(tài)、小車(chē)位置狀態(tài)、地刀分合狀態(tài)同時(shí)顯示該開(kāi)關(guān)柜待檢修天數(shù)、動(dòng)作次數(shù)及保護(hù)動(dòng)作次數(shù)。若開(kāi)關(guān)柜健康狀態(tài)異常，點(diǎn)擊異常狀態(tài)后跳轉(zhuǎn)至“應(yīng)急預(yù)案”項(xiàng)給與“解決方案”。

2) 開(kāi)關(guān)柜機(jī)械特性。機(jī)械特性主要用來(lái)反映斷路器狀態(tài)。通過(guò)斷路器每一次分合時(shí)對(duì)分閘速度、分閘時(shí)間、合閘速度、合閘時(shí)間、分閘反彈、合閘超程、合閘反彈及觸頭開(kāi)距8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)并繪制雷達(dá)圖，其中雷達(dá)圖邊界至紅色陰影區(qū)域?yàn)檎?biāo)稱(chēng)范圍，將檢測(cè)值與標(biāo)稱(chēng)值進(jìn)行對(duì)比，作為故障判斷的依據(jù)。

3) 開(kāi)關(guān)柜電氣特性。通過(guò)檢測(cè)流過(guò)分合閘線圈、儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)、地盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)及接地刀電動(dòng)機(jī)的電流及時(shí)間判斷對(duì)應(yīng)故障狀態(tài)、故障情況時(shí)對(duì)應(yīng)的電流/時(shí)間顏色為紅(橙或黃)。點(diǎn)擊電氣特性模塊任意可查看動(dòng)作曲線，在坐標(biāo)系中橫向坐標(biāo)為動(dòng)作次數(shù)，左縱標(biāo)為電流軸，右縱標(biāo)為時(shí)間軸。

4) 開(kāi)關(guān)柜溫度特性。通過(guò)檢測(cè)斷路器上下觸頭、母線、出線電纜接頭溫度變化，結(jié)合負(fù)荷電流及外界溫度的變化，作為溫升故障判斷依據(jù)。柱狀圖依次為A、B、C、三相的上觸頭、下觸頭、電纜接頭的溫度及柜內(nèi)的溫濕度,如圖5所示。點(diǎn)擊溫度特性模塊任意區(qū)域可查看溫升歷史曲線，在曲線坐標(biāo)系中橫向坐標(biāo)為時(shí)間，左縱標(biāo)為溫度軸，右縱標(biāo)為電流軸,如圖6所示。

圖5 開(kāi)關(guān)溫度特性柱狀圖

5) 斷路器壽命分析。通過(guò)科學(xué)算法將異常分?jǐn)嗾鬯銥閷?duì)斷路器的壽命折損。坐標(biāo)系中橫向坐標(biāo)表示分?jǐn)啻螖?shù)，縱標(biāo)表示分?jǐn)嚯娏鳌Ｒ苿?dòng)鼠標(biāo)至坐標(biāo)系中任一點(diǎn)，可查看該次分?jǐn)鄷r(shí)的分?jǐn)嚯娏鳌?/p>

3.2 日常運(yùn)維管理

將運(yùn)維信息以電子檔案的形式存儲(chǔ)在系統(tǒng)內(nèi)，運(yùn)維人員可根據(jù)需求靈活調(diào)取，提高運(yùn)維效率。設(shè)備檔案為設(shè)備電子信息卡，包含設(shè)備出廠資料信息(設(shè)備型號(hào)、出廠日期、生產(chǎn)廠商等)、設(shè)備基本參數(shù)信息(斷路器額定電流、開(kāi)斷電流、CT變比等)及設(shè)備定值信息(機(jī)械特性、溫度特性及電氣特性閾值范圍)等，為設(shè)備的運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)提供后勤保障。

3.3 專(zhuān)家系統(tǒng)

應(yīng)用智能分析系統(tǒng)(專(zhuān)家系統(tǒng))對(duì)斷路器的操作機(jī)構(gòu)、電動(dòng)底盤(pán)車(chē)、電動(dòng)接地刀等設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，告知用戶斷路器等設(shè)備目前的運(yùn)行狀況，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警和報(bào)警功能，并能在故障時(shí)刻給予自診斷意見(jiàn)；通過(guò)光纖測(cè)溫系統(tǒng)的溫度采集，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫升情況，智能分析系統(tǒng)能根據(jù)負(fù)載和溫升情況綜合分析判斷，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，能提出科學(xué)合理的解決方案；智能分析系統(tǒng)是建立在對(duì)在線監(jiān)測(cè)斷路器各方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，即通過(guò)傳感器得到的合分閘時(shí)間、速度、開(kāi)距和超程等數(shù)據(jù)，能直接反映出斷路器的機(jī)械特性，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流和動(dòng)作時(shí)間來(lái)分析各操作機(jī)構(gòu)的特性，提前發(fā)現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)等故障征兆及機(jī)械壽命判斷，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警，有效提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和繼電保護(hù)的動(dòng)作準(zhǔn)確性。

3.4 環(huán)境管理

可將外部環(huán)境及安防信息同步接入系統(tǒng)并進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管，軟件功能更強(qiáng)大，滿足更多使用需求。安防環(huán)境的巡檢工作作為配電室管理的重要環(huán)節(jié)，往往需要投入很大的精力進(jìn)行巡檢工作，供配電管理軟件現(xiàn)將環(huán)境管理并入系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高了運(yùn)維管理效率。

環(huán)境管理主要包含所管理配電室內(nèi)部溫濕度信息、照明煙霧報(bào)警信息、水浸、玻璃破碎及三監(jiān)防護(hù)等監(jiān)測(cè)信息及排風(fēng)和照明的控制。板塊左側(cè)豎列為配電室環(huán)境顯示欄，用來(lái)對(duì)環(huán)境進(jìn)行顯示；右側(cè)為信息狀態(tài)欄，當(dāng)信息狀態(tài)異常時(shí)，其所屬模塊區(qū)域內(nèi)狀態(tài)顯示為異常，且有明顯的紅色區(qū)分。當(dāng)需要對(duì)照明及排風(fēng)進(jìn)行控制時(shí)，移動(dòng)鼠標(biāo)至開(kāi)關(guān)控制選擇鍵，點(diǎn)擊進(jìn)行“開(kāi)或關(guān)”操作即可。

4 結(jié)論

智能化手車(chē)項(xiàng)目的成功運(yùn)行，是傳統(tǒng)變電站走向智能化改造的基礎(chǔ)，是積極響應(yīng)礦業(yè)公司“十四五”規(guī)劃打造智慧礦山的工作要求，對(duì)礦井供電系統(tǒng)的設(shè)備、運(yùn)行、管理等各方面的創(chuàng)新，為安全、可靠、連續(xù)、高效的電力供應(yīng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該系統(tǒng)在智能化變電站的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中具有重要的意義，智能監(jiān)測(cè)單元將機(jī)械特性、電氣特性、溫度特性、數(shù)據(jù)特性、數(shù)據(jù)顯示在儀表室人機(jī)界面上可針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，合理安排檢修時(shí)間有效延長(zhǎng)設(shè)備生命，避免隱患擴(kuò)大,引起停電事故，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。