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煤矿井下变电所无人值守方案
论文类别:专家论文
作 者:陈晓娟
所在地区:煤矿井下变电所无人值守方案
下载次数:102
摘 要:
煤矿井下变电所是煤矿电网中的核心节点,负责煤矿井下电能的传输、分配、监测、控制以及管理。煤矿井下变电所自动化、智能化以及无人化是煤矿电网调度发展的必然趋势,集计算机技术、通信技术、智能控制技术于一体,设计并实现煤矿井下变电所无人值守系统,成为煤矿安全生产供电的必要保障[1]。变电所自动化研究早在20世纪70年代,日本就研制出世界首台综合数字式保护和控制系统SDCS-Ⅰ,并成功应用于煤矿井下变电站控制系统。美国西屋研制的SPCS变电站保护综合控制系统、IMPac模块化控制系统以及瑞士BBC推出的LSA678变电站综合自动化系统在煤矿井下都得到了广泛的应用,且使用效果较好[2-5]。国内变电所自动控制的研究起步于20世纪80年代,由清华大学研制的35kV变电所综合保护以及监测装置投入使用;南京自动化研究院220kV变电站综合自动化系统以及CSC2000、RCS-9000、ISA-Ⅰ、DISH系统相继被研制并投入使用[6-7]。结合煤矿井下变电所供电不能全部中断的特殊性,建立适应于煤矿井下变电所的无人值守智能化变电所系统亟须开发,解决煤矿井下区域性电网调度、现场维护、检修、调试以及应急处理等核心问题,提高煤矿井下变电所运行的安全性、可靠性以及供电质量,达到减员增效,提高煤矿经济效益的目的。
  1系统设计
  煤矿井下变电所无人值守系统设计框图如图1所示,由集控主站、受控子站两部分组成。集控主站配置双KingSCADA服务器、双前置机以及双操作员工作站,同时还配置有用于发布的Web服务器、报表打印机、报警打印机、终端服务器以及遥视系统,达到对变电所设备监控、遥视、调度、综合操作的目的。集控主站中的遥视系统包括受控子站视频传数据模块、视频监控主机以及遥控工作站,实现综合操作屏的视频联动、远程遥巡、远程控制和集中管理。受控子站煤矿井下变电所无人值守的基础,由视频监测单元、保护测控单元、防误闭锁单元以及通信单元组成[8]。受控子站可实现变电所所有设备的数据采集、数据处理和智能控制,将获取的全部数据通过TCP/IP通信模式上传至集控主站,同时接收集控主站的控制指令。保护测控单元主要用于实现对一次设备各保护传感器数据的采集、参数配置以及实时监控,当保护传感器设备出现故障时,及时传送故障信息至集控主站同时发出声光报警;视频监测单元由固定摄像仪、球面摄像仪以及视频传输模块组成,采集变电所一次设备如变压器、开关、刀闸以及核心设备重要视点、部位图像信息,将获取的视频信息通过光纤通道上传至集控主站,同时接受集中主站的遥巡、遥视;防误闭锁单元基于变电所一次设备增加闭锁功能,实现强制闭锁,可通过“五防”工控机进行控制和监测。
  2系统实现
  煤矿井下变电所无人值守方案系统实现见图2所示,集控主站实现煤矿井下电网区域性管理,实现对无人值守受控子站的数据通信、“五遥”以及“五防”管理,同时实现操作人员对受控子站的特巡、维护维修等工作。
  2.1集控主站方案
  集控主站配置CBZ8000综合自动化系统,实现KingSCADA监控、Web发布,同时具备遥控、遥调、遥视、遥测以及遥信功能,实现变电站一次设备重点部位、重点监测点日常图像传输、异常视频跟踪以及远程日常巡视等功能。遥测的主要设备有35kV二回路进线、主变压器、6kV馈线及无功补偿装置、直流系统、交流不停电电源以及公用设备[9]。遥测的核心数据信息有35kV回路进线电流、有功/无功电流、主变压器高低侧电流、电压、有功/无功功率;主轴油温;6kV母线三相电压、零序电压、UPS系统母线电压以及频率等。遥信量有6kV馈线断路器、电容器组以及分段断路器的合位、跳位;保护装置动作以及故障点;6kV母线接地、电压切换装置等;遥信量还包括35kV断路器合位、跳位以及弹簧储能信号等。遥控量包括各设备回路断路器合闸、跳闸等。遥调量包括主变有载调压抽头位置以及紧急停机等信号。
  2.2受控子站方案
  受控子站为无人值守变电所,以通信模式向集控主站传送本子站各设备的实时数据信息,同时接收集控主站下发的遥调、遥控指令。受控子站由视频监测单元、保护测控单元、防误闭锁单元以及通信单元组成。视频单元由固定摄像仪、球面摄像仪等设备采集监控部位图像信息进行压缩、编码后传送至视频传输模块,经TCP/IP通信后传送至集控主站视频处理模块并进行解压缩、解码后在综合操作屏进行显示并完成数据备份[10]。保护监控单元处理流程如图3所示,在完成系统初始化和系统自检后,如果保护系统未出现异常,则打开中断,按照采集频率F对安装在一次设备各部分的传感器数据进行采集、滤波以及保护算法逻辑处理。保护监控单元将逻辑处理后的传感器数据与相应传感器数据设置值区域进行比较,若逻辑处理值超出该设置值区域,则进行故障判断处理同时发出声光报警;若逻辑处理值正常,则进行下一个周期的传感器数据采集。该保护监控单元处理过程在打开中断后,还需完成显示、通信子程序的建立过程。受控子站的防误闭锁单元组成如图4所示,主要由监控系统、专家操作系统、遥视系统、电脑钥匙、现场锁具、闭锁断路器、刀闸、临时接地线、电动刀闸、手动/电动操作回路以及开关闭锁等组成。操作人员根据电脑钥匙提示依次对设备进行操作,不符合操作流程规范时,设备不能解锁且操作无法进行,从而防止误操作发生。只有操作人员的操作符合该设备的操作守则以及操作流程,现场锁具以及闭锁断路器、刀闸等才能使能,并完成对该设备的操作。
  3应用分析
  设计并实现的煤矿井下变电所无人值守方案在某煤矿投入使用,秉承“机械化换人、智能化减人”的理念,取得了较好的使用效果,主要表现在:(1)变电所无须专职人员值守,远端监控人员可实时查看并监测该变电所设备的运行状态、故障信息;当设备有故障发生时,由监控人员通知维修人员进行专项维修,提高了设备的维修和运行效率;(2)降低了由于操作人员误操作导致的故障事件发生概率,降低了对熟练操作人员的依赖性;同时减少了变电所设备故障定位时间,提升了设备故障解决效率;(3)集中主站实时采集、存储变电所各设备的运行数据并进行统计、分析,有助于变电所设备的合理、定期维修、保养,延长设备的使用寿命;(4)变电所无人值守方案提升了煤矿井下供电电网的智能化水平,降低了维护检修成本,节约了人力、物力,经济效益明显。
  4结语
  煤矿井下变电站无人值守方案,实现了煤矿井下变电所对用电设备数据采集、监控、保护、维护、维修以及管理的一体化作业方案。变电所无人值守方案使得变电所运行更加安全、可靠、稳定,降低了设备故障发生率,缩短故障影响时间,保障了煤矿井下的安全生产。
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