浅谈矿井变电站综合自动化技术应用

郭玉峰

(西山煤电集团公司 发电事业部， 山西 太原 030053)

我国煤炭生产自动化、信息化水平的提升，各种重装备、新设备的投入，使煤矿电网规模越来越大，电力网络愈加复杂。为保障井下供电系统的安全性、可靠性，对矿井变电站提出了更高要求。变电站综合自动化技术是一种通过集成化和智能化的技术手段，将变电站内设备联系为一个动态整体，并通过传感器收集站设备运行数据信息传入系统后台进行分析比对，从而为站内设备及日常供电提供合理可靠的保障。

1 煤矿地面变电站情况

1) 设备可靠性。

矿井变电站是根据井下工作面开采情况而同时建设，站龄普遍较长，一次设备均存在不同程度的老化和损坏。各矿区建站初始，根据自身情况需要，设备选型和配置较为杂乱，难以满足现阶段供电需求；设备整体过时情况较为严重，部分35(6)kV开关柜配件已无法继续生产。

多数矿井变电站建设于采空区上，且站内建筑均为砖混结构，而地形沉陷会导致楼体发生形变，间接使35(6) kV变电柜发生形变，为日常供电保障和检修维护带来了极大的不便。各站智能化程度较低，大多数停送电均需人工就地操作，容易造成设备损害甚至危及操作人员生命安全。

站内监测手段普遍较为落后，监控及保护端因设备兼容性较差或与后台系统匹配程度较低，站内管理人员不能及时掌握设备运行情况，在突发情况下无法做出正确干预，导致事故进一步扩大甚至全站失电，影响矿井经济效益甚至危及井下工作人员生命安全。

2) 工作人员专业素质。

各站内运维人员专业技术水平有待提高。矿井变电站的操作主要由运维人员完成，其文化和技术水平直接影响到矿井生产的供电保障。矿井变电站操作较为简单，且大部分35 kV变电站负荷种类较少，所以各矿在根据采煤工作面进展情况建设变电站时，降低了对站内运维人员选拔上的标准，加之多数变电站地处人迹罕至的深山之中，导致部分运维人员工作积极性不高，业务水平进步缓慢。

部分运维人员为非本专业人员，缺乏对事故处理经验，只会做一些数据报送或站内巡视工作，对站内设备功能及各项技术参数不能充分掌握，如遇到突发设备或线路故障情况，无法做出及时有效的处理措施，可能导致事故进一步扩大甚至全站失电。

3) 设备常规维护改造。

若对矿井变电站仅进行常规维护性改造，成本过高，且改造后新替换设备的操作方法需站内人员耗费一定时间进行摸索熟悉。矿井变电站内所使用后台系统及一、二次设备信息收集若无法保证及时准确，无法与之相连的各级变电站形成有效串联，如遇事故发生，则需要当值人员通过电话请示工区负责人进行操作，该过程耗费时间，且部分问题语言难以描述清晰，可能导致事故进一步扩大甚至波及整体电网的正常运转。

2 变电站综合自动化系统

2.1 变电站综合自动化系统简介

变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)通过合理的组合和优化设计，利用现阶段先进的计算机技术、通信技术、现代电子技术和信号处理技术，实现对站内运行设备和输配电线路的自动测量、监测、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。

变电站综合自动化系统是利用多后台计算机和大规模集成电路组成的自动化系统代替日常运行中的测量和监视仪表，替换普通变电站中的控制屏。中央信号系统和远动屏，利用微机保护替代常规的继电保护，改善了常规继电保护无法与外界通信的缺点。通过计算集成化技术，使各个设备之间可以互相交换信息，数据共享，实现变电站运行期间自动监视、管理、协调和控制，提高了变电站内部的保护和控制性能，使得变电站在供电期间变得更为可靠，并且整体提高了供电网络的控制水平。同时，变电站整体布局得到有效改善，占地面积更小，也更容易适应各种极端地貌及天气。

2.2 变电站综合自动化系统的优点

1) 设备管理。

通过初期对站内电气设备的信息录入，可在系统主机内建立设备电子台账，记录包括厂家、型号、生产日期、运行时长、检修维护情况等信息，有效杜绝站内设备管理混乱情况。在运行维护人员进行检修维护和故障消缺作业时，可以及时了解各设备的现役状况，对故障进行研判，缩短故障处理时间，为供电安全做出有效保障。

2) 事故预警。

在站内各电气设备运行期间，变电站综合自动化系统不间断收集汇总并分析各项指标数据，实时上传至终端计算机可视化窗口，提醒在场运行维护人员勘察设备运行情况，使设备在发生事故前，工作人员可以有充足的时间将故障设备及时从供电系统中剥离，有效降低和避免因设备故障而引发的停电事故。

3) 温度实时监测。

通过环境传感器实时监测变压器、母线、开关、刀闸等关键设备的信息数据，并将各项数据实时显示在终端计算机温度控制模块中。在设备温度发生异常变化时，及时发出警报提醒当值运行人员，并及时采取除湿和降温操作，避免因温控和湿控工作疏忽导致站内设备损坏。

4) 远端设备操作。

在变电站停送电和日常设备检修期间，可通过远端计算机控制对设备的启停、开关和刀闸的开闭进行一键操作，避免了运维人员就地操作设备带来的安全隐患，杜绝了人身伤亡事故的发生。

5) 设备及线路瞬时切换。

当变电站内设备或供电线路遇到突发紧急故障时，系统根据提前录入编写的突发事故处理程序，在故障发生的瞬时投切备用设备或备选供电线路，极大程度缩短主变设备切换的时间，保证矿井工作面用电负荷正常供电，从根本上杜绝井下因失电而带来的经济损失和人身伤亡事情的发生。与此同时，系统向后台计算机发送设备动作警报，提醒当值运维人员查看停运设备或线路，使事故能够及时被人为干预，避免变电站内设备损坏或发生停电连跳事故波及其余变电站。

3 煤矿变电站综合自动化系统的功能

1) 运行设备智能控制。

通过综合自动化系统可实现负荷开关和刀闸的远程分合、变电柜手车进出的遥控等操作，避免了运行检修人员因疏忽进行带电操作或误入带电间隔，保障了人员的生命安全以及站内设备运行安全。也可将固定操作流程编入系统内，在设备从运行和检修状态切换时，做到一键自动切换，缩短操作时间。通过对电压、电流和开关量信息的采集，帮助运维人员判断就地设备的开关或刀闸是否到位、工作区域是否带电，并可远端控制设备柜门的开合，保障现场工作安全。

2) 设备运行监测。

对站内主要设备安装的测温感应器、局放传感器、弧光传感器、机械特性传感器收集的数据进行实时同步整理分析，并将该数据导入系统后台中，利用边缘计算程序与原设额定数值进行比对。当数据与额定数据不符时，通过预设调节方式进行干预，将干预指令内容实时记录在案，并在数据恢复正常前，持续向主系统推送相应环境量值。

3) 电缆故障监测。

利用系统中“相不对称”接地故障监测技术，并通过以太网与主机相连，在电缆发生故障时，及时精准的找到故障发生点，缩短事故持续时间，避免因未能及时找到电缆故障点而导致事故进一步扩大，甚至造成全站失电。

4) 瞬时故障剥离。

当站内运行设备发生故障时，系统在极短时间内做出研判，找出事故点并将其切断，将故障设备及时从电网内剥离；与此同时，根据系统内故障自救策略，及时启用备用设备或电路，保障供电的安全和质量，避免因一站故障而导致多级连跳的事故发生，维持整体电网的稳态运行。

5) 变压器状态监测。

通过对变压器内油温、油量、绕组温度、绕组阻值等各项数据的统计，并根据边缘计算方法提取出变压器运行状态时的有效表征量，实现对变压器运行状态的在线监测和自动控制。根据内部绕组的损耗发热机理、温度分布的规律，及时对变压器运行做出调整，保障整体电网的稳态运行。通过收集到的数据对变压器健康情况进行正确分析，确保设备在运行期间状态良好，杜绝设备因操作不当等因素影响使用寿命。

6) 智能作业记录。

系统内不仅继承各站停送电和检修操作票开具程序，并且在运维人员进行相关设备操作开具纸质票据的同时，自动记录此次作业的详细内容，包括作业时间、设备名称、作业种类、操作人员等，在后期对设备进行维保工作时，便于运维人员查看各设备的现役情况，延长设备使用寿命。

4 效益分析

变电站综合自动化系统在煤矿生产工作供电区域内整体投运，可加强各级变电站间的信息交流，极大程度地缩短各站之间的反应动作时间。在遇到突发事故时，能在最短时间内做出有效干预，避免事故进一步扩大导致全站失电甚至发生连跳事故波及其余各站，保障了矿井的经济效益和井下职工的人身安全。因变电站综合自动化系统有较高的集成度和智能化，站内大部分操作均可远端或自动执行，能够缩减供电专业人才需求度，各站内仅需留守1～2名运行监盘人员，其余专业技术人员以工区为单位组成检修小组，用以对工区不同变电站的定期检修维护，缩减人工成本。

相关管理部门可对局域电网内的各站设备进行规范化管理，延长设备使用寿命，避免设备因操作不当等原因造成加速老化或损坏。在保障矿井供电安全的同时，提升电网整体供电质量，为矿井的经济效益和人身安全提供可靠支撑。

5 结 语

变电站综合自动化系统作为一种具有高度集成化和智能化的供电系统，不仅可以有效保证矿井生产的供电安全和供电质量，同时可以极大程度避免因人为或设备因素带来的不可控风险，加强对供电系统的管控，并为供电电网长期稳态运行提供了有效的保障。