摘要：井下變電站是煤礦配電系統(tǒng)的重要組成部分，與煤礦的安全開采、經(jīng)濟(jì)水平密切相關(guān)。本文以某煤礦為例，探究無人值守變電所在煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用，分析無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際情況，并提出改進(jìn)的措施。

Abstract： The underground substation is an important part of the coal mine power distribution system， and is closely related to the safe mining and economic level of the coal mine. This article takes a coal mine as an example to explore the practical application of the underground mine where the unattended substation is located， analyzes the actual situation of the unattended monitoring system， and proposes measures for improvement.

關(guān)鍵詞：煤礦;無人值守變電所;監(jiān)控系統(tǒng)

Key words： coal mine;unattended substation;monitoring system

中圖分類號(hào)：TD611 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）15-0235-02

0 ?引言

煤礦井下區(qū)域分布廣，負(fù)荷種類多，地質(zhì)條件復(fù)雜，存在較多的安全隱患，如果出現(xiàn)供電故障，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響?，F(xiàn)代數(shù)字化礦山建設(shè)不斷推進(jìn)，某煤礦也積極發(fā)展數(shù)字化礦井，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，某煤礦采用供電遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，井下變電所實(shí)現(xiàn)了無人值守?，F(xiàn)代化礦井發(fā)展的必然趨勢(shì)之一是煤礦井下無人值守，采用微機(jī)集中監(jiān)控井下變電所供電系統(tǒng)。該煤礦是國(guó)有大型煤礦，變電所建設(shè)年限較早，需對(duì)該礦的變電所進(jìn)行改進(jìn)。本文對(duì)該煤礦的無人值守變電所應(yīng)用進(jìn)行分析，完善煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)，保證煤礦供電的安全性。

1 ?某煤礦井下無人值守變電所監(jiān)控

某煤礦井下無人值守變電所應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)，由決策層、電力層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。感知層包括數(shù)據(jù)終端設(shè)備、攝像頭、可編程控制、遠(yuǎn)程終端單元，以及其他智能部分等。感知層能夠與智能終端相結(jié)合，對(duì)開關(guān)量參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)測(cè)控一體化。網(wǎng)絡(luò)層由IP網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集、其他末端系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層能夠解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸問題。CANBus為串行總線系統(tǒng)，連接執(zhí)行器、控制器、傳感器等，為ISO11898CAN執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)[1]。Modbus利用公用線路、局部專用線路連接，發(fā)出所有的通信。其組成包括可編程序控制器、計(jì)算機(jī)?？梢灾味鄠€(gè)控制器的順利通訊，支持多個(gè)遠(yuǎn)程從屬控制器。中心主機(jī)與各PC利用Modbus信息交換。RFID為射頻識(shí)別系統(tǒng)，是一種無線通信技術(shù)，能夠編寫數(shù)據(jù)信息，識(shí)別特定的目標(biāo)。電力層包括基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)等?；A(chǔ)層運(yùn)行可以應(yīng)用Linux、Windows。數(shù)據(jù)共享平臺(tái)利用服務(wù)總線，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換。決策層包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急管理體系、人員定位系統(tǒng)等。（圖1）

2 ?改進(jìn)煤礦井下無人值守變電所環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 門禁監(jiān)測(cè)

人員管理是煤礦井下無人值守變電所的管理重點(diǎn)。門禁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十分重要，監(jiān)控相關(guān)工作人員的出入情況，應(yīng)用工作人員的定位系統(tǒng)、行程開關(guān)等，進(jìn)行記錄和監(jiān)控[2]。了解變電所相關(guān)工作人員的活動(dòng)狀況，為工作人員的考核提供參考，體現(xiàn)其公平性與公正性。

2.2 瓦斯監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)瓦斯情況，對(duì)瓦斯的實(shí)際含量進(jìn)行實(shí)時(shí)了解。為保證工作人員、變電所的安全，需要科學(xué)監(jiān)測(cè)空氣瓦斯的濃度，保證在科學(xué)的濃度范圍內(nèi)。對(duì)于供電系統(tǒng)周圍瓦斯的含量，也要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，合理使用監(jiān)測(cè)設(shè)備。如果瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，能夠及時(shí)預(yù)警，并進(jìn)行處理[3]。在變電所的關(guān)鍵位置上，安裝瓦斯監(jiān)控傳感器，保證安全運(yùn)行供電系統(tǒng)，連接轉(zhuǎn)換利用信號(hào)連接傳輸實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)?nèi)部數(shù)據(jù)信息精確傳輸。

2.3 煙霧監(jiān)測(cè)

由于煤礦井下處于比較潮濕的環(huán)境下，因此，變電所的設(shè)備可能出現(xiàn)接觸不良的問題，導(dǎo)致火災(zāi)事故。煙霧監(jiān)測(cè)十分重要，監(jiān)測(cè)煤礦井下環(huán)境中的煙霧濃度，利用煙霧傳感器，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。監(jiān)控系統(tǒng)與煙霧傳感器連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，從而可以對(duì)變電站的內(nèi)部運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便工作人員的全面了解，從而實(shí)現(xiàn)無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

2.4 溫度監(jiān)測(cè)

在變電所設(shè)備運(yùn)行過程中，會(huì)有大量的熱量產(chǎn)生，增加周圍環(huán)境的溫度。煤礦井下的變電所設(shè)備，通常比較集中，需要加強(qiáng)溫度的控制，避免溫度過高，影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。要保證變電所系統(tǒng)設(shè)備的溫度處于可控的情況下。根據(jù)煤礦井下的功能需求以及實(shí)際環(huán)境情況，設(shè)置溫度傳感器。有的設(shè)備工作中會(huì)有大量熱量的產(chǎn)生，需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，設(shè)立專門的溫度傳感器，實(shí)行一對(duì)一監(jiān)測(cè)。注意一些特殊情況，保證能夠準(zhǔn)確對(duì)事故進(jìn)行預(yù)警。將溫度傳感器與分站監(jiān)控系統(tǒng)相連接，分析聯(lián)動(dòng)裝置情況，發(fā)揮監(jiān)控的作用。

2.5 視頻監(jiān)測(cè)

煤礦井下變電所處于無人值守的情況，遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行直觀視覺監(jiān)視的同時(shí)，還要對(duì)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。安裝視頻攝像儀裝備在變電所中，對(duì)環(huán)境、人員、設(shè)備等，進(jìn)行有效的視頻監(jiān)測(cè)。通常在一個(gè)變電所中，安裝兩臺(tái)攝像機(jī)，分別監(jiān)測(cè)工作人員的運(yùn)動(dòng)情況，以及設(shè)備的運(yùn)行情況。

3 ?改進(jìn)煤礦井下無人值守變電所預(yù)警與聯(lián)動(dòng)技術(shù)

煤礦企業(yè)需要對(duì)電子監(jiān)控軟件系統(tǒng)進(jìn)行研究開發(fā)，完善實(shí)際功能。獲取電網(wǎng)監(jiān)控外的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，使相關(guān)工作人員對(duì)井下的實(shí)際開采情況能夠全面、及時(shí)地了解和掌握，從而做好安全措施。電子監(jiān)控軟件系統(tǒng)需要有報(bào)警設(shè)定、視頻解碼控制、邏輯判斷等功能，在設(shè)備遠(yuǎn)程操作前，判斷與處理環(huán)境數(shù)據(jù)。與聯(lián)動(dòng)診斷指令功能相結(jié)合，提供數(shù)據(jù)信號(hào)，比如語音、聲光等顯示，方便接受預(yù)警與執(zhí)行，對(duì)監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)記錄，執(zhí)行結(jié)果實(shí)時(shí)輸送。

3.1 門禁聯(lián)動(dòng)

為保證工作人員的活動(dòng)，經(jīng)過紅外傳感器，可以將電力監(jiān)控聯(lián)動(dòng)模塊增加在門禁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。通過門禁聯(lián)動(dòng)，向地面的監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)送監(jiān)控站信息。監(jiān)控系統(tǒng)也具有語言對(duì)講功能，從而幫助管理人員了解工作人員的狀態(tài)，并且可以進(jìn)行有效的溝通。

3.2 環(huán)境聯(lián)動(dòng)

進(jìn)行環(huán)境聯(lián)動(dòng)，比如如果瓦斯?jié)舛瘸^限制，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并且通過語音廣播系統(tǒng)，附近的工作人員能夠獲得相應(yīng)的聲光和語音提醒。通過邏輯判斷與閾值，對(duì)環(huán)境的參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提醒意外的發(fā)生。避免故障事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，及時(shí)采取科學(xué)的控制措施，促進(jìn)變電所的安全、可靠運(yùn)行。

3.3 視頻聯(lián)動(dòng)

地面監(jiān)控后臺(tái)可以影像錄像，如果監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障，會(huì)立刻形成現(xiàn)場(chǎng)狀況的影像，向監(jiān)控中心發(fā)送記錄視頻。根據(jù)記錄視頻，不僅能夠及時(shí)有效處理故障，并且能夠進(jìn)行回顧，從而總結(jié)分析故障事故的原因，制定措施，避免類似的故障再次發(fā)生。交換機(jī)、監(jiān)控分站中，接入攝像儀網(wǎng)絡(luò)接口，利用客戶/服務(wù)器模式輸送信息。采集數(shù)據(jù)信息并同時(shí)輸送，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后臺(tái)的有效運(yùn)行。根據(jù)邏輯控制算法，使用SDK控制視頻窗口、ActiveX控件，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行視頻監(jiān)視。

3.4 語音聯(lián)動(dòng)

如果診斷出開采事故，利用語言播報(bào)能夠及時(shí)提醒相關(guān)工作人員，解決相關(guān)的故障問題。實(shí)現(xiàn)語音聯(lián)動(dòng)，應(yīng)用VOIP語言通信系統(tǒng)，設(shè)置IP語音對(duì)講設(shè)備。多方實(shí)時(shí)對(duì)講，數(shù)據(jù)信號(hào)的傳導(dǎo)，應(yīng)用UDP組播方式。將攝像儀的網(wǎng)絡(luò)接口向系統(tǒng)傳輸，利用環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、電力監(jiān)控站。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用信息數(shù)據(jù)收集方法，通過軟件與控件顯示界面、SDK連接[9]。故障問題被無人監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出來，語音聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)開始啟動(dòng)。地面監(jiān)控臺(tái)對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，進(jìn)行調(diào)查分析。通過邏輯控制核算，變電站的所有組圖視頻都可以被監(jiān)測(cè)。

4 ?煤礦無人值守變電所的應(yīng)用情況

某煤礦使用無人值守變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用數(shù)字化微機(jī)綜合保護(hù)器設(shè)備，改進(jìn)變電所高壓開關(guān)的綜合保護(hù)器。利用數(shù)字化微型保護(hù)器為主站，接入RS485信號(hào)，可以提供更多的通訊數(shù)據(jù)信息，促進(jìn)無人值班變電所的安全運(yùn)行。

電力監(jiān)控站中，將2路本安攝像儀接入，利用光纖，對(duì)變電所的運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，與軟件結(jié)合，進(jìn)行視頻聯(lián)動(dòng)。如果系統(tǒng)自動(dòng)切換視頻信號(hào)，或者開關(guān)出現(xiàn)故障，可以實(shí)現(xiàn)值班人員與工作人員的語音對(duì)講。使用以太網(wǎng)連接模式，將監(jiān)控站與語言通訊裝置進(jìn)行連接。井下變電所的聲音信息，要與地面實(shí)現(xiàn)同步，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)以及語音報(bào)警功能。

電力監(jiān)控站接入2路紅外傳感器信號(hào)、2路門禁開關(guān)量信號(hào)，有效聯(lián)動(dòng)視頻信號(hào)，對(duì)工作人員在變電所的活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。接入溫度、煙霧等傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控井下開采環(huán)境。如果出現(xiàn)超溫問題，變電所系統(tǒng)自動(dòng)跳閘，避免出現(xiàn)火災(zāi)故障。

該礦無人值守變電所實(shí)現(xiàn)了視頻、門禁、環(huán)境、語音的聯(lián)動(dòng)，以及遙調(diào)、遙測(cè)、遙控等功能，使無人值守更加安全、可靠。

無人值守監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。無人值守監(jiān)控系統(tǒng)減少了變電站故障發(fā)生率，有利于提高煤礦生產(chǎn)運(yùn)行的安全性。值班領(lǐng)導(dǎo)能夠直觀調(diào)動(dòng)生產(chǎn)過程，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。變電所只需要安排人員巡視。利用故障報(bào)警系統(tǒng)，維修人員可以快速排查故障，及時(shí)處理。

5 ?結(jié)語

隨著數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展，對(duì)無人值守變電所也提出了更高的要求。煤礦井下變電所的環(huán)境參數(shù)，對(duì)煤礦的安全運(yùn)行有重要的影響，包括溫度、煙霧、瓦斯等等。無人值守變電所的聯(lián)動(dòng)技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)，為煤礦變電所的建設(shè)提供技術(shù)支持，促進(jìn)監(jiān)控功能的完善，有利于保障供電的安全性，促進(jìn)煤礦工作的順利進(jìn)行。

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作者簡(jiǎn)介：徐志紅（1971-），女，新疆烏魯木齊人，工程碩士，新疆煤炭技師學(xué)院高級(jí)講師，長(zhǎng)期從事煤礦電氣相關(guān)專業(yè)教學(xué)和培訓(xùn)工作。