矿井无人值守采区变电站自动化系统设计分析

任 康

（山西省霍州煤电集团庞庞塔煤矿，山西吕梁 033200）

0 引言

当前在科技的推动下，矿井逐渐实施无人化值班技术，特别在变电站、监控平台与变压器监测平台等。与此同时，无人化值班技术也为构建智能化的检测系统提供了参考。郭银景等［1］在开展研究的过程中将VO1P技术应用于检测中，能够进行遥测、遥信与遥调等无人看守的变电站技术；陈尔奎等［2］运用CAN技术，控制器局域收集总线开辟设想了变电站的预警功用，能够为井下无人值守变电站实现自动化智能控制，进一步实现矿井无人看守实施技术革新。

本文研究了一种用于控制矿井采区变电站的自动化系统，旨在提高矿井无人值守采区变电站的供电管理水平，节约人力、物力成本，提高供电效率。

1 无人值守自动化系统结构设计

该智能测控体系选用分层散布式布局，主要包括远程监控单元、采区变电站智能通讯接口单元、井下智能测控保护单元。图1所示为无人值守变电站自动化系统图。

图1 表示无人值守变电站自动化系统

1.1 远程监控部分

通常情况下，远程监控系统主要由自动化系统组件构成，包括主控机、区域网互换机、收集元器件等。其可以有效地收集井下采取变电站的所有信息，并对其进行分析［3］，相关工作人员可以借助人机交互界面对采区变电站的工作情况进行监控。当值班人员在校验口令之后，允许相关人员借助远程监控主机操作变电站配电装备。与此同时，可以借助传输端，通过设置的局域网显示监控数据，进一步借助远程设备对变电站设备进行管理。图2所示为自动化系统地面监控单元。

图2 远程监控系统结构

1.2 采区变电站的智能通讯接口

在无人值守采矿区域设置智能通讯接口，其可以和远程监控中心先连接，同时与被监测元件连接。一般情况下，由于CAN总线具有稳定性，其应用比较广泛，可以运用CAN总线控制技术实现变电站智能接口与远程监控部分之间的信息交互。同时在智能通讯接口装配与被检测单元都是选用CAN总线连接［4］。

1.3 井下智能测控保护单元

智能自动化测控保护装置主要是为了能够监测井下采取变电站的运行情况，可以有效地监测防爆馈电压的工作状态，进而对井下电压的变化情况进行监测。在进行监控时，运用传感器对用电设备的电流、功率等参数进行监测，还应该对有功电度与无功电度进行监测，将收集到的各个开关参数借助CAN总线传输给远程监控单元。与此同时，由远程控制单元传输给执行单元，进而可以实现“四遥”的功能［5］。

2 自动化系统检测与采集功能设计

2.1 红外线检测

在井下变电站实施无人值守，该系统采用红外线检测技术对电气设备的工作状态进行检测，其中红外检测具有大面积、非接触特性、分辨率高的特性。红外线成像原理涉及的重要参数有温升、温差、相对温差。

温升表达式如下：

式中：Ts为相应的变电站电气设备温升；Tk1为相应的被检测物体的温度；Tk2为相应的环境温度。

温差表达式如下：

式中：Tc为相应的被测物体温差；T1为相应的被检测物体最高温度；T2为相应的被测物体最低温度［6］。

由此可以看出，在采取电气设备故障缺陷检测时，红外检测仪器的原理是相对温差原理，各电气设备具体发生的故障率如表1所示。

表1 电气设备故障率情况

红外热像仪可以对主要检测对象的温度变化情况进行探究，形成红外信号，从而可以形成红外热像图。一般情况，对红外热像图进行分析可以发现故障的位置、类型以及缺陷程度等。图3所示为相应的采区变电所变压器红外成像，经过分析可以发现，变压器局部过热，可以及时采取降温措施，防止出现安全事故。

图3 矿井提升机监控软件结构

图3 红外热像仪检测

2.2 采集

为了能够有效地提高测量的精确度，保证电路的实时性以及实现井下采区变电站的自动化管理，通常可以选用P级电压电流互感器。为了实现井下变电站监测的自动化控制，可以在DSP单元中添加A／D转换器，从而可以使得A／D转换器的运行速度保持在12.5 MS／s。将参数转化成为模拟值时，借助16位通道进行信息传输［7］。

3 无人值守自动化系统软件开发

在设计该系统时，选用的编程语言为C语言。程序是由主程序与子程序组成。每一个子程序控制对应的单元，其中功能程序包括计算单元、故障处理单元、中断单元、人机接口单元等。

主程序可以实现如下功能：对程序进行初始化；对装置进行自我诊断；计算电压、电流与功率参数；测量温度等。

在设计程序的过程中，充分考虑了软件的实用性。假如软件在监测过程中出现故障，那么软件内部设置的子程序就会立马响应，对故障进行处理的同时发出报警警报。软件选用5G运行速度，设置有强大的CPU，同时该软件操作简单、处理能力强大等［8］。

4 工业性实践

经过大量的工程测试与调试发现，该系统可以满足井下采区变电站无人值守自动化的需要。以某矿设置的无人监测系统与有人看守进行比较发现，无人看守自动化系统具有如下优势。

（1）在未使用系统之前，采区共计5个变电站，因此设置5个岗位。当选用无人看守自动化系统之后，电力系统不仅可以完好地运转，而且采区值班人员变成2个，降低了劳动力投入，提高了经济效益。

（2）通过对无人看守的变电站调查发现，该系统极大地避免了人员操作带来的安全事故，优化了井下供电体系的可靠性。经过不完全统计发现，井下每个变电站可以减少70%的操作失误，相应的停电率降低了80%。

5 结束语

本文为提高矿井无人值守采区变电站供电管理水平，研究了一种用于控制矿井采区变电站的自动化系统。该系统主要由远程监控、智能通讯接口、智能测控保护单元等三大部分构成，其所用到的关键技术主要是自动化系统检测与信息采集技术。该系统具有自动化水平高、运行连续稳定可靠的特点。通过在矿井无人值守采区变电站推广应用该系统，不仅有助于提高变电站管理效率，促进变电站向自动化、智能化方向发展，而且还能减轻工人劳动强度，为变电站节约更多的人力、物力成本，有助于进一步提高变电站的供电效率。