摘要：針對目前煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)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(dòng)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(dòng),、語英聯(lián)動(dòng),、環(huán)境聯(lián)動(dòng)及視屏聯(lián)動(dòng)技術(shù)的具體實(shí)施方案,。無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測及聯(lián)動(dòng)技術(shù)的實(shí)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(dòng)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(yùn)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(shí)現(xiàn)方案，以環(huán)境監(jiān)測,、門禁聯(lián)動(dòng),、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(tái)上處理,，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)現(xiàn),，如圖1所示,。

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(shí)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(shí)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(jī),、聯(lián)動(dòng)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(shí)現(xiàn),。

應(yīng)用層包括基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái),?；A(chǔ)層可運(yùn)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(tái)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(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換,。

決策層包括數(shù)據(jù)分析,、預(yù)警告警機(jī)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(dòng),、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(yùn)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(shí)施全面監(jiān)測十分必要,。

2.1瓦斯監(jiān)測

變電所實(shí)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?，保障變電所本身運(yùn)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(dòng)接入裝置,，由該聯(lián)動(dòng)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(tái)進(jìn)入實(shí)時(shí)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(shí)行溫度監(jiān)測,，保證了設(shè)備運(yùn)行的合理溫度條件,。同時(shí),，可對發(fā)熱量大或易產(chǎn)生明火的設(shè)備單獨(dú)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過聯(lián)動(dòng)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(kuò)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(dòng)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(shí)現(xiàn)無人值守變電所的關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)施嚴(yán)格監(jiān)管,，對人員的進(jìn)入,、離開時(shí)間以及在變電所內(nèi)活動(dòng)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(shí)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(tái)攝像儀,，一臺(tái)對出入變電所人員進(jìn)行監(jiān)視，另一臺(tái)對變電所設(shè)備狀況進(jìn)行監(jiān)視,。

1. 預(yù)警與聯(lián)動(dòng)技術(shù)

通過對煤礦電力監(jiān)控軟件進(jìn)行功能擴(kuò)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(bào)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(tái)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(dòng)動(dòng)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(dòng)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(tái),，監(jiān)控后臺(tái)可實(shí)時(shí)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(dòng)

系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(dòng)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(bào)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(kuò)大,，從而確保變電所運(yùn)行安全。

3.2 門禁聯(lián)動(dòng)

變電所電力監(jiān)控站中聯(lián)動(dòng)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測門禁狀態(tài),，當(dāng)人員進(jìn)入時(shí),，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(tái)自動(dòng)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(shí)了解人員活動(dòng),，并可進(jìn)行語英對講,，從而實(shí)現(xiàn)變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.3 語英聯(lián)動(dòng)

當(dāng)系統(tǒng)診斷出有事件發(fā)生時(shí),，地面監(jiān)控后臺(tái)和變電所語英設(shè)備同時(shí)聯(lián)動(dòng),，語英設(shè)備播報(bào)事件，將提醒相關(guān)人員及時(shí)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(shí)時(shí)傳輸信號,，可實(shí)現(xiàn)多方實(shí)時(shí)對講,。

3.4 視屏聯(lián)動(dòng)

當(dāng)系統(tǒng)診斷出有事件發(fā)生時(shí)，推送出該變電所視屏,，地面監(jiān)控后臺(tái)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(jī)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(tái)，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(shí)現(xiàn)變電所的視屏監(jiān)視,。

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(shí)際應(yīng)用，該項(xiàng)目建立了電力分控中星平臺(tái),，實(shí)施了6個(gè)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(tái)),配置一套AC800M控制器實(shí)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(shí)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(bào)警裝置,、KXB18聲光報(bào)警器,、KXH32×128信號顯示牌等環(huán)境監(jiān)測和聯(lián)動(dòng)設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

圖2無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測與聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)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(jī)綜合保護(hù)器,，采用RS485信號線接入主站，這是實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)一系列視屏聯(lián)動(dòng)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(huì)自動(dòng)切換至相關(guān)視屏信號,，后臺(tái)值班人員可隨時(shí)掌握變電所的運(yùn)行狀態(tài),，并可通過計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)地面調(diào)度中星與井下變電所之間的語英報(bào)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。煙霧,、溫度等傳感器通過RS485總線接入KJF99電力監(jiān)控站,，實(shí)時(shí)監(jiān)測變電所環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測聯(lián)動(dòng)與閉鎖,。一旦變電所發(fā)生溫度超限或火災(zāi),，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳閘閉鎖，保護(hù)供電安全,。通過項(xiàng)目實(shí)施,，天地王坡礦實(shí)現(xiàn)了變電所“五遙四聯(lián)動(dòng)”功能，即遙信,、遙調(diào),、遙測、遙控,、遙視以及門禁聯(lián)動(dòng),、語英聯(lián)動(dòng)、視屏聯(lián)動(dòng),、環(huán)境聯(lián)動(dòng),，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(yùn)維云平臺(tái)

5.1 概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋,、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺(tái),，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù),、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度,、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視屏場景等需求,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中星，集中存儲(chǔ),、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(jī),、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報(bào),，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(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)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(jī)等設(shè)備,。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)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(chǔ),，并通過交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地,，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)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(gè)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(dòng)傳送過來的數(shù)據(jù),。

展示層：用戶通過手機(jī),、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺(tái)信息,。

5.4 系統(tǒng)功能

5.4.1 用能月報(bào)

用能月報(bào)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(diǎn)監(jiān)測

站點(diǎn)監(jiān)測包括概況、運(yùn)行狀態(tài),、當(dāng)日事件記錄,、當(dāng)日逐時(shí)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(gè)站所的變壓器功率,、負(fù)荷率,、等運(yùn)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(yùn)維

運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)及信息,，支持電壓,、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)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(shí)時(shí)畫面（視屏直播）,，選中某一個(gè)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(yùn)行報(bào)表

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

5.4.8 警報(bào)信息

對平臺(tái)所有警報(bào)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(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

5.4.10 用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)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(bào)事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,，并列出在該周期內(nèi)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的各類缺失及處理情況。

5.4.11 APP監(jiān)測

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”,、“設(shè)備檔案”,、“待辦事項(xiàng)”、“巡檢記錄”,、“缺失記錄”,、“文檔管理”和“用戶報(bào)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(bào)查詢,，設(shè)備檔案查詢,、待辦事件處理、巡檢記錄查詢,、用戶報(bào)告,、文檔管理等。

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