摘要：針對目前煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)變電所供配電設(shè)備的監(jiān)控，未對變電所環(huán)境和人員進(jìn)行監(jiān)測,，存在無人值守安全隱患問題,，提出了煤礦無人值守變電所監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，重要分析和研究了無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測及聯(lián)動技術(shù)要求,，介紹了無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測和門禁聯(lián)動,、語英聯(lián)動、環(huán)境聯(lián)動及視屏聯(lián)動技術(shù)的具體實施方案,。無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測及聯(lián)動技術(shù)的實施完善了煤礦無人值守變電所監(jiān)控技術(shù),，提高了煤礦供電的安全性和可靠性

關(guān)鍵詞：井下變電所；無人值守變電所,；環(huán)境監(jiān)測,；聯(lián)動技術(shù)

0、引言

煤礦井下變電所是煤礦供配電系統(tǒng)的重要組成部分,，它的安全可靠運行是煤礦安全生產(chǎn)的基本保證,。井下負(fù)荷種類繁多，區(qū)域分布廣,，工作場所地質(zhì)條件復(fù)雜,，安全隱患多，故障排查,、停送電周期長,，供電故障嚴(yán)重影響了煤礦安全生產(chǎn)。隨著數(shù)字化礦山建設(shè)進(jìn)程的逐步推進(jìn),，煤礦用戶對井下變電所“無人值守,，有人巡視"的需求變得比較迫切，但目前國內(nèi)煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)主要解決供配電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測監(jiān)控問題,而井下變電所仍然存在安全隱患,，如變電所環(huán)境因素,、人為因素等還未納入系統(tǒng)監(jiān)控范圍，變電所內(nèi)的安全監(jiān)控范圍尚需完善,。為此,，本文提出一種以層次架構(gòu)為基礎(chǔ)的煤礦井下無人值守變電所監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)方案，以環(huán)境監(jiān)測,、門禁聯(lián)動,、語英對講、視屏監(jiān)控等技術(shù)手段,，將多種不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流統(tǒng)一到同一軟件平臺上處理,，實現(xiàn)自動邏輯判斷和協(xié)同控制，能達(dá)到真正意義上的無人值守變電所,，從而完善了現(xiàn)有的煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)功能,提高了煤礦供電的安全性與可靠性,。

1,、無人值守變電所監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

由于供電系統(tǒng)有嚴(yán)格的技術(shù)要求和管理規(guī)范，所以,，以現(xiàn)有煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ),，將無人值守變電所監(jiān)控系統(tǒng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層,、應(yīng)用層、決策層4層結(jié)構(gòu)方式實現(xiàn),，如圖1所示,。

管理規(guī)范

安全體系

圖1無人值守變電所監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

感知層主要由智能開關(guān)、傳感器及其終端通信網(wǎng)絡(luò)組成,，可實現(xiàn)電網(wǎng)參數(shù),、環(huán)境參數(shù)以及開關(guān)量信息采集，并與執(zhí)行終端智能結(jié)合,，實現(xiàn)測控一體化,。

網(wǎng)絡(luò)層包括物理通信網(wǎng)絡(luò)及其中間層通信設(shè)備，如監(jiān)控分站,、通信管理機,、聯(lián)動接入裝置等，主要解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸問題,，可利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn),。

應(yīng)用層包括基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)共享交換平臺,?；A(chǔ)層可運行在Windows,Linux等操作系統(tǒng)上，支持Oracle,SqlSverver等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),。數(shù)據(jù)共享交換平臺包括數(shù)據(jù)抽取,、轉(zhuǎn)換和歸一化等過程；服務(wù)總線進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交換,。

決策層包括數(shù)據(jù)分析,、預(yù)警告警機制、控制邏輯以及預(yù)案處理等,。本文主要介紹無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測,、門禁聯(lián)動、語英對講,、視屏監(jiān)控等技術(shù),。

1. 無人值守變電所的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

煤礦井下變電所內(nèi)一些環(huán)境參數(shù)對變電所的安全運行至關(guān)重要,，包括瓦斯、溫度,、煙霧等參數(shù),，人員問題也是不容忽視的因素，因此,，對變電所相關(guān)參數(shù)實施全面監(jiān)測十分必要,。

2.1瓦斯監(jiān)測

變電所實行瓦斯監(jiān)測主要有兩方面的目的：一是監(jiān)測變電所環(huán)境中的瓦斯?jié)舛龋Ｕ献冸娝旧磉\行維護(hù)的安全,；二是監(jiān)測開關(guān)饋電區(qū)域的瓦斯?jié)舛?，保證停送電操作安全。瓦斯傳感器安裝在變電所的關(guān)鍵位置,，通過現(xiàn)場總線(RS485,CAN)或模擬信號傳輸至系統(tǒng)聯(lián)動接入裝置,，由該聯(lián)動接入裝置完成數(shù)據(jù)采集和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，*終傳輸至系統(tǒng)后臺進(jìn)入實時數(shù)據(jù)庫,。

2.2溫度監(jiān)測

變電所內(nèi)設(shè)備比較集中,，且設(shè)備發(fā)熱量較大，導(dǎo)致環(huán)境溫度相對較高,，對環(huán)境實行溫度監(jiān)測,，保證了設(shè)備運行的合理溫度條件。同時,，可對發(fā)熱量大或易產(chǎn)生明火的設(shè)備單獨設(shè)置溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測,，預(yù)防事故發(fā)生,。溫度傳感器應(yīng)根據(jù)環(huán)境狀況及功能需求進(jìn)行布置，溫度實時數(shù)據(jù)通過聯(lián)動裝置或電力監(jiān)控分站接入監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3煙霧監(jiān)測

變電所設(shè)備在受潮,、接觸不良或故障狀況下可能導(dǎo)致放電或著火,，產(chǎn)生煙霧,，可通過煙霧傳感器進(jìn)行監(jiān)測,，防止事故進(jìn)一步擴大。煙霧傳感器適當(dāng)布置在靠近設(shè)備側(cè),，數(shù)據(jù)通過聯(lián)動裝置或電力監(jiān)控分站接入監(jiān)控系統(tǒng),。

2.4門禁監(jiān)測

人員管理也是實現(xiàn)無人值守變電所的關(guān)鍵點之一。門禁監(jiān)測采用行程開關(guān),、紅外線傳感器以及人員定位系統(tǒng)對進(jìn)出變電所的人員實施嚴(yán)格監(jiān)管,，對人員的進(jìn)入、離開時間以及在變電所內(nèi)活動狀況進(jìn)行監(jiān)視和記錄,，并能對巡視人員的巡視情況進(jìn)行記錄考核,。

2.5視屏監(jiān)視

在變電所無人值守情況下，地面集控中星的遠(yuǎn)程監(jiān)控不僅要監(jiān)測電網(wǎng)數(shù)據(jù),，同時也要對變電所的設(shè)備,、環(huán)境和人員能有直觀的視覺監(jiān)視,，因此，在變電所中設(shè)置視屏攝像儀,。一般在變電所中設(shè)置2臺攝像儀,，一臺對出入變電所人員進(jìn)行監(jiān)視，另一臺對變電所設(shè)備狀況進(jìn)行監(jiān)視,。

1. 預(yù)警與聯(lián)動技術(shù)

通過對煤礦電力監(jiān)控軟件進(jìn)行功能擴展與二次開發(fā),，使得煤礦電力監(jiān)控軟件能通過通信網(wǎng)絡(luò)獲得所有電網(wǎng)監(jiān)控之外的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括瓦斯,、溫度,、煙霧、門禁,、語英、視屏等,，軟件增加報警閾值設(shè)定功能,、順序控制邏輯判斷功能、視屏解碼與云臺控制功能,，并能在進(jìn)行電網(wǎng)一次設(shè)備遠(yuǎn)程操作之前完成環(huán)境數(shù)據(jù)邏輯處理和判斷,，根據(jù)診斷結(jié)果發(fā)出聯(lián)動動作指令，變電所內(nèi)的聲光,、語英,、顯示設(shè)備在收到指令后執(zhí)行動作或發(fā)出預(yù)警信號，并將執(zhí)行結(jié)果傳送到監(jiān)控后臺,，監(jiān)控后臺可實時記錄,、推送監(jiān)控畫面，發(fā)出語英告警和提示信息等,。

3.1 環(huán)境聯(lián)動

系統(tǒng)實時監(jiān)測環(huán)境參數(shù),，進(jìn)行一系列閾值和邏輯判斷，如果有超限情況發(fā)生,，系統(tǒng)將立即啟動緊急預(yù)案,，并且向變電所附近的人員進(jìn)行語英廣播，發(fā)出聲光報警,，提示該變電所發(fā)生意外狀況,，必要馬上采取必要的控制措施，防止事故擴大,，從而確保變電所運行安全,。

3.2 門禁聯(lián)動

變電所電力監(jiān)控站中聯(lián)動模塊實時監(jiān)測門禁狀態(tài)，當(dāng)人員進(jìn)入時,，觸發(fā)紅外傳感器,，監(jiān)控站將信息上傳至地面監(jiān)控中星,，監(jiān)控后臺自動記錄和錄像，并推送出變電所視屏圖像,，系統(tǒng)管理員能及時了解人員活動,，并可進(jìn)行語英對講，從而實現(xiàn)變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控,。

3.3 語英聯(lián)動

當(dāng)系統(tǒng)診斷出有事件發(fā)生時,，地面監(jiān)控后臺和變電所語英設(shè)備同時聯(lián)動，語英設(shè)備播報事件,，將提醒相關(guān)人員及時處理,。IP語英對講裝置采用VOIP語英通信技術(shù)，以UDP組播方式實時傳輸信號,，可實現(xiàn)多方實時對講,。

3.4 視屏聯(lián)動

當(dāng)系統(tǒng)診斷出有事件發(fā)生時，推送出該變電所視屏,，地面監(jiān)控后臺對事件發(fā)生的現(xiàn)場狀況進(jìn)行影像錄像,，以便事故回放和調(diào)查。攝像儀具備網(wǎng)絡(luò)接口,，通過就地環(huán)網(wǎng)交換機或電力監(jiān)控分站接入系統(tǒng),，視屏數(shù)據(jù)采用客戶/服務(wù)器模式，以UDP組播方式傳輸至系統(tǒng)后臺,，系統(tǒng)軟件采用視屏解碼SDK以及ActiveX控件顯示界面上的控制視屏窗口,，并結(jié)合邏輯控制算法實現(xiàn)變電所的視屏監(jiān)視。

1. 無人值守變電所技術(shù)應(yīng)用

煤礦無人值守變電所監(jiān)控技術(shù)在天地王坡礦數(shù)字化礦山系統(tǒng)中投入實際應(yīng)用,，該項目建立了電力分控中星平臺,，實施了6個變電所的監(jiān)控。電力分控中星配置了連接服務(wù)器,、屬性服務(wù)器,、客戶端服務(wù)器和視屏服務(wù)器，并配備工程師工作站和EOW(超過操作員平臺),配置一套AC800M控制器實現(xiàn)與電力監(jiān)控站數(shù)據(jù)交互,，所有電力監(jiān)控操作在EOW上實現(xiàn),。各變電所中配置了KJF99電力監(jiān)控站、KBA4本安攝像儀,、GHW5本安型紅外線傳感器,、KGN1煙霧傳感器、KG3007A溫度傳感器,、KXT23語英報警裝置,、KXB18聲光報警器、KXH32×128信號顯示牌等環(huán)境監(jiān)測和聯(lián)動設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

EOW

操作平臺i

核心交換機

工業(yè)環(huán)網(wǎng)

環(huán)網(wǎng)交換機

KJF991

KBA4

四聯(lián)動設(shè)備

KXFB2×128KXT23KG3007AKXB18

KONIGHW5

中央變電所

KJF99

三采區(qū)

變電所

KJF991

高壓開關(guān)

重量低壓開關(guān)

環(huán)網(wǎng)交換機

高壓開關(guān)

低壓開關(guān)

工程師工作站,，

環(huán)網(wǎng)交換機

三采區(qū)變電所

22

KG3007AKXBI8

核心交換機

四聯(lián)動設(shè)備

四聯(lián)動設(shè)備

服務(wù)器

KG3007AKXBIX

KONIGHW5

KGNIGHW5

高壓開關(guān)

KBA4

KBA4

圖2無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測與聯(lián)動系統(tǒng)實例

將變電所內(nèi)的高壓開關(guān)綜合保護(hù)器改造為數(shù)字化微機綜合保護(hù)器，采用RS485信號線接入主站,，這是實現(xiàn)井下無人值守變電所的通信基礎(chǔ),。

2路本安攝像儀通過光纖接入KJF99電力監(jiān)控站，實現(xiàn)在地面調(diào)度中星對井下變電所的遠(yuǎn)程監(jiān)視,，并通過軟件配合實現(xiàn)一系列視屏聯(lián)動功能,。一旦有供電開關(guān)故障、變電所環(huán)境參數(shù)變化或有人員進(jìn)入變電所,，系統(tǒng)會自動切換至相關(guān)視屏信號,，后臺值班人員可隨時掌握變電所的運行狀態(tài)，并可通過計算機麥克風(fēng)直接與進(jìn)入井下變電所的人員進(jìn)行語英對話,。語英通信裝置與KJF99電力監(jiān)控站間通過以太網(wǎng)方式連接,，實現(xiàn)地面調(diào)度中星與井下變電所之間的語英報警功能，達(dá)到地面與井下變電所之間聲音信息同步的效果,。

2路門禁開關(guān)量信號,、2路紅外傳感器信號以電信號方式直接接人KJF99電力監(jiān)控站。門禁開關(guān)和紅外傳感器用于探測是否有人員進(jìn)入該變電所,，可與視屏信號實現(xiàn)聯(lián)動。煙霧,、溫度等傳感器通過RS485總線接入KJF99電力監(jiān)控站,，實時監(jiān)測變電所環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測聯(lián)動與閉鎖,。一旦變電所發(fā)生溫度超限或火災(zāi),，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動跳閘閉鎖，保護(hù)供電安全,。通過項目實施,，天地王坡礦實現(xiàn)了變電所“五遙四聯(lián)動"功能，即遙信,、遙調(diào),、遙測、遙控,、遙視以及門禁聯(lián)動,、語英聯(lián)動、視屏聯(lián)動,、環(huán)境聯(lián)動,，提高了井下變電所無人值守的安全性。

5、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

5.1 概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋,、大數(shù)據(jù),、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù),、室內(nèi)環(huán)境溫濕度,、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視屏場景等需求,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中星,，集中存儲、統(tǒng)一管理,，方便使用,，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機,、PAD等各類終端鏈接訪問,、接收警報，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作,。

5.2 應(yīng)用場所

適用于電信,、金融、交通,、能源,、醫(yī)用衛(wèi)生、文體,、教育科研,、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù),、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護(hù)系統(tǒng)的新建,、擴建和改建。

5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層,、傳輸層,、應(yīng)用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表,、溫濕度監(jiān)測裝置,、攝影頭、開關(guān)量采集裝置等,。除攝影頭外,，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設(shè)備,。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù),，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口,，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地,，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失,。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址,，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動傳送過來的數(shù)據(jù),。

展示層：用戶通過手機、平板,、電腦等多終端的方式訪問平臺信息,。

5.4 系統(tǒng)功能

5.4.1 用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱,、變電站編號等查詢所管理站所的用電量,，查詢跨度可設(shè)置為月。

5.4.2 站點監(jiān)測

站點監(jiān)測包括概況,、運行狀態(tài),、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線,、用電概況,。

5.4.3 變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率,、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù),，支持按負(fù)荷率、功率等升,、降序排名。

5.4.4 運維

運維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息,。

5.4.5 配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息,，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息,，支持電壓,、電流、功率等詳細(xì)運行參數(shù)查詢,。

5.4.6 視屏監(jiān)控

視屏監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（視屏直播）,，選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視屏信息,。

5.4.7 電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運行參數(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)計,。

5.4.8 警報信息

對平臺所有警報信息進(jìn)行分析。

5.4.9 任務(wù)管理

任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況,，可以點擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息,。

5.4.10 用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷,、配電回路用電量,、功率因數(shù)、警報事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析,，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺失及處理情況,。

5.4.11 APP監(jiān)測

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案",、“待辦事項",、“巡檢記錄"、“缺失記錄",、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊,，支持一次圖、需量,、用電量,、視屏、曲線,、溫濕度,、同比、環(huán)比,、電能質(zhì)量,、各種事件警報查詢，設(shè)備檔案查詢,、待辦事件處理,、巡檢記錄查詢、用戶報告,、文檔管理等,。

5.5 系統(tǒng)硬件配置

6,、結(jié)語

隨著數(shù)字化礦山建設(shè)步伐進(jìn)一步加快,，煤礦對井下無人值守變電所的需求將越來越多，無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測和聯(lián)動技術(shù)完善了煤礦井下無人值

守變電所監(jiān)控系統(tǒng)功能,，為礦山供電提供了安全保障,，必將得到廣泛的應(yīng)用和推廣，也為煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展以及煤礦變電所建設(shè)提供了技術(shù)保證。

7,、參考文獻(xiàn)

[1]王彥文,，高彥.煤礦供電技術(shù)[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2012.

[2]喬淑云,，李德臣,，邵曉根.煤礦電網(wǎng)災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工礦自動化，2009,35(1):57-59.

[3]王敏,，楊旭彬.無人值守變電所在煤礦井下的應(yīng)用[J].煤，2012,21(4):30-31.

[4]錢繼學(xué).基于PLC的井下變電所自動控制系統(tǒng)應(yīng)用[J].煤礦機械,，2011(6):231-233.

[5]高建勛,，周丹.變電站視屏及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2011,32(228):39-43.

[6]王海波,，史友仁.煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].工礦自動化,，2009,35(7):130-132.

[7]王金華,煤礦井下無人值守變電所技術(shù)研究與應(yīng)用

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用設(shè)計,2019,11版。

安科瑞侯文莉