王永聯(lián)

（山西陽城陽泰集團(tuán)白溝煤業(yè)有限公司，山西 陽城 048100）

井下變電所是煤礦井下電力系統(tǒng)的重要樞紐，主要負(fù)責(zé)變換電壓、電能分配及停送電集中控制等[1]。由于井下變電所負(fù)責(zé)供電的區(qū)域較為分散，各類供電負(fù)荷較為繁雜，加上各類監(jiān)控控制（瓦斯電閉鎖、風(fēng)電閉鎖等）因素，以及生產(chǎn)過程中部分作業(yè)地點用電因各種原因可能超負(fù)荷現(xiàn)象等，導(dǎo)致井下變電所發(fā)生異常跳閘及其他故障幾率較高[2-3]。因此，為及時解決供電故障問題及變電所的現(xiàn)場管理，井下變電所需安排大量值守人員及值班電工保證變電所正常運行及維護(hù)，該項工作影響礦井安全高效發(fā)展。隨著智能化系統(tǒng)的高速發(fā)展，各類適用于煤礦的智能化系統(tǒng)也在不斷地進(jìn)入各大礦山，煤礦井下變電所實現(xiàn)無人值守智能化控制已成必然?；诖耍瑢Π诇厦旱V變電所智能化改造實現(xiàn)無人值守進(jìn)行方案研究[4-6]，對提高礦井供電管理水平和促進(jìn)礦井高效發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

1 工程背景

白溝煤礦核定產(chǎn)能45萬t/a，當(dāng)前井下有4個變電所，分別為井底泵房變電所、東翼采區(qū)變電所、三盤區(qū)變電所及2#盤區(qū)變電所。每個變電所每班需配一人值班及一名專職電工，另配2名流動電工以備緊急情況處理，每班合計需配備工作人員10人，每天共計30人。礦井生產(chǎn)過程中，各變電所頻繁發(fā)生設(shè)備故障及異常越級跳閘等事故，故障排查導(dǎo)致的停電時間較長，嚴(yán)重影響工作面正常安全生產(chǎn)。

2 變電所技術(shù)改造方案

變電所技術(shù)改造是為實現(xiàn)變電所具備智能監(jiān)控、遠(yuǎn)程操控的功能，以滿足變電所智能化控制及無人值守的要求。為達(dá)到改造目的，根據(jù)變電所功能，需建立電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng)。

2.1 電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建立

電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對變電所輸出的各供電線路的電壓、電流、功率以及功率因素和各類保護(hù)運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測監(jiān)控，并對發(fā)生故障的設(shè)備發(fā)出報警提示，同時顯示故障原因及故障位置，便于及時應(yīng)對處理，同時具備各設(shè)備的運行數(shù)據(jù)采集、存儲和故障記錄統(tǒng)計，還可通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運行參數(shù)及故障處理，對運行數(shù)據(jù)異常的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)處理，避免進(jìn)一步電路故障發(fā)生，減少直接事故導(dǎo)致的安全生產(chǎn)影響。

電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)為傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過對井下變電所內(nèi)的開關(guān)綜合保護(hù)裝置進(jìn)行更換，將開關(guān)綜合保護(hù)裝置均更換為具有PLC控制功能的綜合保護(hù)裝置，并在變電所內(nèi)配置一臺電力監(jiān)測監(jiān)控分站，用于各開關(guān)數(shù)據(jù)的采集及防止各供電線路越級跳閘閉鎖信號的交換和傳輸，并將各類數(shù)據(jù)集中向平地監(jiān)控中心傳輸。井下4個變電所開關(guān)及保護(hù)情況見表1。

表1 各變電所開關(guān)及保護(hù)情況統(tǒng)計表

所有開關(guān)綜合保護(hù)裝置更換完成并安裝電力監(jiān)測監(jiān)控分站后，將各開關(guān)的綜合保護(hù)裝置通過以太網(wǎng)與電力監(jiān)測監(jiān)控分站進(jìn)行連接，電力監(jiān)測監(jiān)控分站將各開關(guān)運行數(shù)據(jù)通過交換機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)實時傳輸至平地電力監(jiān)控中心。各變電所均以此形式進(jìn)行升級改造后，形成整個電力監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)即可實時監(jiān)測各變電所每個開關(guān)的運行情況。電力監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳輸分布如圖1。

圖1 電力監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳輸分布圖

2.2 變電所環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng)的建立

為滿足變電所實現(xiàn)無人值守的要求，除通過建立電力監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控停送電外，還需建立變電所環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng)，以監(jiān)測變電所內(nèi)溫度、瓦斯及CO等有毒有害氣體情況，并監(jiān)視變電所內(nèi)煙霧、火災(zāi)等防止意外災(zāi)害事故發(fā)生，以及監(jiān)視無關(guān)人員擅入變電所等，確保變電所環(huán)境安全。根據(jù)上述需求，變電所實現(xiàn)無人值守需建立以下監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng)。

（1）溫度及煙霧監(jiān)測系統(tǒng)

由于變電所內(nèi)各類開關(guān)、變壓器等設(shè)備較多，且在運行期間均會散發(fā)出一定熱量，為防止變電所內(nèi)設(shè)備發(fā)生異常產(chǎn)生高溫甚至發(fā)生火災(zāi)的情況，需對變電所內(nèi)的溫度及煙霧進(jìn)行監(jiān)測。該監(jiān)測系統(tǒng)的建立是在變電所內(nèi)設(shè)備較為集中的部分及變電所內(nèi)的回風(fēng)側(cè)各安裝一個溫度及煙霧傳感器，傳感器接入電力監(jiān)測監(jiān)控分站并通過分站網(wǎng)絡(luò)傳輸至平地監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)控。

（2）有毒有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)

為防止變電所內(nèi)瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體濃度超標(biāo)影響設(shè)備安全運行及作業(yè)人員的身體健康，在變電所內(nèi)設(shè)備的下風(fēng)側(cè)10～15 m位置巷道頂部各安裝一臺瓦斯傳感器及CO傳感器，同時安裝一臺風(fēng)速傳感器，防止變電所空氣流通不暢導(dǎo)致溫度升高或有毒有害氣體滯留。各傳感器接入電力監(jiān)測監(jiān)控分站并通過分站網(wǎng)絡(luò)傳輸至平地監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)控。各變電所環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)所需設(shè)備明細(xì)見表2。

表2 各變電所環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)所需設(shè)備明細(xì)表

（3）門禁管理系統(tǒng)

所建立的門禁管理系統(tǒng)具備現(xiàn)場及遠(yuǎn)程操控變電所出入口的開、關(guān)狀態(tài)，同時具備視頻通話及視頻存儲等功能，防止無關(guān)人員誤入變電所。門禁管理系統(tǒng)需安裝出入口行程開關(guān)，行程開關(guān)分為本地密碼操作及遠(yuǎn)程操控兩種模式，并在出入口處安裝視頻通話裝置，便于與平地監(jiān)控中心聯(lián)絡(luò)。同時在變電所內(nèi)安裝人員位置監(jiān)測系統(tǒng)及紅外線熱釋傳感裝置，有人員進(jìn)入時，觸發(fā)紅外線熱釋傳感器，隨之傳導(dǎo)至門口的視頻采集裝置及平地監(jiān)控中心，平地監(jiān)控中心收到預(yù)警信息并通過人員位置監(jiān)測系統(tǒng)及視頻監(jiān)控即可查看人員信息。通過門禁系統(tǒng)的建立，保證無人值守變電所的安全性。

（4）視頻監(jiān)視系統(tǒng)

為確保無人值守變電所實時處于監(jiān)視狀態(tài)，需在變電所內(nèi)安裝高清攝像頭，攝像頭的數(shù)量及安裝位置需滿足變電所內(nèi)全面監(jiān)視覆蓋，確保平地監(jiān)控中心能夠進(jìn)行全面巡視，使變電所內(nèi)情況處于實時監(jiān)視狀態(tài)，提高無人值守變電所的安全性和可靠性。

3 應(yīng)用效果

白溝煤礦井下變電所于2020年7月開始進(jìn)行無人值守改造，采取邊使用邊改造方式，歷時3個月將井下4個變電所全部改造完工，2020年11月起正式投入使用。使用一年多來，各監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定，監(jiān)測監(jiān)控功能達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，實現(xiàn)了井下變電所無人值守。投入使用以后，四個變電所每班只需4人巡檢，每天12人，較改造前節(jié)約18人，人均工資按7萬元每年計算，每年可節(jié)約人力資源成本126萬元。在設(shè)備管理方面，因?qū)崿F(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動預(yù)警、遠(yuǎn)程指令操控等功能，使變電所設(shè)備管理更加科學(xué)化，同時通過智能化監(jiān)控預(yù)警和遠(yuǎn)程故障處理，有效減少生產(chǎn)影響時間，并降低了設(shè)備故障率。通過對比統(tǒng)計，改造前后設(shè)備故障率由5%下降到1%，設(shè)備使用壽命得到提高，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益約80萬元/年。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)井下變電所通過基于以太網(wǎng)的電力監(jiān)測監(jiān)控及環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)井下變電所無人值守智能化、科學(xué)化管理，節(jié)約人力資源成本的同時降低了設(shè)備故障率及變電所運維成本，井下供電系統(tǒng)的安全性和可靠性得到保障，有效提升礦井生產(chǎn)效益及管理水平。