1、收稿日期:2 0 2 1-1 1-1 3作者简介:王涛(1 9 9 0-),男,山西寿阳人,本科,2 0 1 5年6月毕业于黑龙江科技大学,助理工程师,研究方向:煤矿机电。井下变电所无人值守监控系统设计与应用研究王 涛(山西西山煤电股份有限公司 马兰矿,山西 太原 0 3 0 2 0 5)摘要:近年来我国矿井生产机械化水平不断提升,同时大功率设备的应用范围不断扩大,这也对于矿井的供电质量提出了新的要求。井下变电所能否安全运行对于矿井煤炭开采的安全有着直接影响,而与此同时,矿井下无人值守变电所监测对于煤矿开采工作的安全性有着直接影响。本文对于矿井生产的井下变电所无人值守监控系统的设计结构进行了分
2、析,阐述了其使用功能,并且总结了其实际应用效果。关键词:矿井生产;变电所;无人值守;监控系统中图分类号:T D 6 1 1+.2:文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 2)0 3-0 0 1 6-0 5 在矿井开采环境当中,电力设备设施的应用较多,因而供电系统的安全性和稳定性直接影响着矿井的生产。矿井环境工况复杂,环境恶劣,很容易导致设备损坏、短路,为矿井供电构成了较大的威胁。很多矿井供电系统故障频繁,对于能源的开采连续性造成了一定的影响,影响着能源开采效率,在严重时不仅会威胁设备的安全,也对于井下人员的生命安全造成了影响。因而本研究设计了变电所无人值守监控系统
3、,可以通过现代化技术手段来提高对变电所的监控效率,不仅节约了人力成本,也可以及时发现问题并加以检修,让变电所的安全运行得到了保障。1 变电所无人值守监控系统的整体设计如图1所示,为煤矿井下变电所无人值守监控系统的整体设计方案。所设计的无人值守监控系统可分为地面监控主站、地下监控分站以及测控单元这三个部分。图1 井下变电所无人值守监控系统整体方案61 内蒙古石油化工2 0 2 2年第1 1期 1.1 地面监控主站地面监控主站的设备包括有电视屏幕、监控主机、网络通信设备等等,这些硬件设备全部布设于地面上,其作用就在于能够将井下设备的信息采集完毕后进行存储和分析,然后显示出来给工作人员进行判断。而管
4、理人员则可以经由监控屏幕来完成指令的发送,控制相关设备。1.2 井下监控分站监控分站主要的目标是将监控单元所收集到的数据信息进行汇总,如果变电设备出现了故障,则还需要进行故障录波来为后续的判断提供准确的依据。井下监控分站处于监控单元、监控主站之间的枢纽地带,分站可以通过工业以太网,来讲所采集到的数据信息上传到主站上,而后主站所下达的处理指令也需要分站来传达到各个测控单元。1.3 测控单元测控单元结合测控对象的不同,可以分为综合保护器、瓦斯传感器、烟雾传感器、摄像头等等,其功能在于收集变电所中的机电设备运行情况,采集信息之后将其上传到测控分站当中。测控单元也需要能够从监控主站直接进行控制。在井下
5、,可以在以太网光纤组件的支持下形成环网,从而将井下监控分站全都连接到环网系统当中。所应用的环网也可以经由光端机来和地面监控主站之间实现数据传输。测控单元和测控分站之间也可以运用双绞线和R S 4 8 5完成数据信息通信。所采集到的数据信息以及变电所运行过程中存在的故障都会即时显示在工业电视大屏幕上。监控系统运行时,可以实时测量变电所电压电量,并且可以监视用电情况。除了上述功能之外,还可以及时发现变电所运行中存在的故障和问题,从而进行及时处理,避免长时间停电。系统可以结合分站用电量的大小来分配电力负荷情况,确保电力的合理利用,控制企业的用电成本,来让无人值守技术发挥出应有的效果。2 地面监控主站
6、设计情况地面监控主站整体框架结构如图2所示,其中的W e b服务器、数据服务器和监控工作站为其中最为重要的三个部分。图2 地面监控主站框架结构2.1 数据服务器从大数据服务器硬件设施的需求来配合相关软件程序,并且通过以太网来接接收井下监控分站所传来的数据。系统可以设定时间间隔,按时间来采集井下终端数据信息,也可以结合实际需要来对数据接受间隔进行调整。举例来说,可以分别设置模拟量的上限和下限,如果所发送的数据信息达到了上限或者下限,系统则可发出告警信息。为了进一步提高无人值守监控系统运行可靠性,数据服务器一般可采用冗余设计,就是服务器一用一备,即便主服务器发生故障,也可由辅服务器来完成工作,确保
7、监控系统运行的稳定性。2.2 w e b服务器监控系统所采集到的很多信息都属于无用信息,或者信息之间存在较大的交叉和重复,出现信息冗余。为了进一步提高数据存储的质量,需要对于所采集到的信息进行深入挖掘,之后再将其中有价值的信息内容上传到w e b服务器。在信息发布系统的设计上,可采用J a v a技术来进行开发设计,来精确地分类W e b服务器中的数据,在屏幕上完成71 2 0 2 2年第1 1期王 涛 井下变电所无人值守监控系统设计与应用研究显示。2.3 监控工作站监控工作站的功能在于让用户登录监控系统,并且结合自身的权限来完成管理工作,随着工作人员管理权限的不同,其在登录监控系统之后能够查
8、询的数据也存在差异。在监控工作站的支持下,工作人员可以掌握变电所运行状态数据信息,并且实时调取有关瓦斯浓度、湿度和温度等方面的信息。一旦工作人员发现变电所的环境异常,则可以及时经过监控工作站发出告警信息。除此之外,监控人员也可以通过监控工作站发出控制指令,来控制井下监控终端。3 井下监控分站设计如图3所示,为井下监控分站和测控单元框架结构示意图。图3 井下监控分站及测控单元的框架结构 从功能上来看,井下监控分站需要完成数据传输,其一方面需要将测控单元所获取的数据信息上传到监控主站上,另一方面也需要承接监控主站所发送的控制指令,送到测控单元上。测控单元和监控分站之间应用双绞线、R S 4 8 5
9、来完成数据信息交互。测控单元可以氛围两个类型,第一类属于确保变电所运行安全的设备,主要用于检测变电所的电力使用情况;第二类则是保证变电所环境安全的设备,主要侦测变电所周围的环境参数,如温度、湿度、瓦斯浓度和烟雾浓度等等。4 监控技术分析对于井下变电所而言,很多环境参数都直接影响着变电所运行的安全性,其中起到主要作用的是瓦斯、温度、粉尘等。而工作人员也需要及时查看这些监控数据,从而监控变电所的环境,进而结合实际情况进行调整。4.1 瓦斯监测井下变电所当中的瓦斯含量监测较为重要,可以说直接决定着井下变电所的安全性和稳定性,具体表现在以下两个方面:第一,井下变电所当中,需要科学监测空气中的瓦斯浓度,
10、确保瓦斯浓度处于安全阈值之内,这样可以充分保障变电所和工作人员的安全;第二,通过监测设备可以对于供电系统周围的瓦斯含量进行检测,一旦瓦斯含量超限,就需要及时进行处理,避免供电系统出现故障。在监测体系当中,瓦斯传感器一般装设于变电所中的数个位置,并且通过供电线路来完成连接,传输数据,可以和联动设备之间进行数据转换,实现传输系统数据信息的校对。4.2 温度监测由于井下变电所的空间较小,因而设备分布集中,且设备工作过程中往往会释放较大的热量,这就提高了环境的温度,通过变电所的温度控制功能,就可以确保变电所内的温度处于可控水平。而对于部分产生热能较高的设备,则需要单独设置温度传感器来进行特别检测,该监
11、测方式可以较好地避免出现安全事故。在温度传感器的使用过程中,需要结合实际环境情况和具体的功能需求来进行准确设置,在温度传感器将实施数据上传之后,联动装置就可以直接对温度数据进行分析,进而采取81 内蒙古石油化工2 0 2 2年第1 1期 技术手段开展控制,同时还要确保变电站的监控分站监控装置能够连接到监控系统的范围之内,让监控系统的作用得到有效发挥。4.3 烟雾与门禁监测由于矿井环境较为恶劣,环境湿度大、尘土多,因而设备很可能出现受潮、接触不良的问题,因而很可能导致出现漏电、着火等问题,形成烟雾。对于这种情况,可以使用烟雾传感器,及时检测环境中的烟雾浓度,以避免事故的扩大。烟雾传感器周围需要经
12、由数据联动,以确保其可以和监控系统实现有效连接,而工作人员则可以在地面总站就对变电站的内部情况进行监控,从而充分发挥无人值守监控系统的技术优势。门禁监测系统包括有开关、红外传感器和人员定位等技术,可以对于进出变电站的工作人员进行严格监督管理,同时记录工作人员进入时间和离开时间,这也可以用于考核记录变电所管理工作人员的技术依据。4.4 联动预警变电所环境联动:监控系统可以即时监控变电所内的各项环境参数,设定环境参数的安全阈值,并且在一系列逻辑运算的支持下来判定监测数据,一旦发现监测数据存在异常,监控系统就可以立即动用已有的应急预案,向变电所周围人员发送报警信息,以 避 免 事 故 扩 大,让 变
13、 电 所 运 行 安 全 得 到保证。门禁联动:无人值守监控系统可以对于变电所门禁状态进行监控,一旦有工作人员进入变电所内部,红外传感器就可以监测到人员信息,将人员信息相关数据上传到地面监控中心。对于变电所内部进行视频监控,可以让监控中心的工作人员及时掌握变电所人员的情况,同时还具备语音通话功能。5 应用效果将所设计的井下变电所无人值守监控系统应用到实际生产工作中,经过一年的使用,取得了良好的运行效果,为企业提供经济效益和社会效益,为企业的发展起到了积极作用。第一,无需专门安排工作人员在变电所值班,可以在监控系统当中就形成对井下变电所基本情况的掌控。一旦监控系统发出报警信息,就可以安排工作人员
14、直接前往对应区域进行设备检修,提高了人员工作效率。第二,变电所实现无人值守之后,也有效地避免了由于认为操作而导致出现的故障,也避免了值班人员私下调班而引发的安全隐患,形成了较为显著的安全效益。通过对系统的监控,就可以及时了解变电所的故障,及时找到故障位置,缩短了设备检修停电时间。第三,无人值守监控系统所采集到的信息数据都会备份于数据库中,可以将相关信息调取后进行分析,让数据得到充分利用。为大数据的利用提供了必要的条件。最后,某企业通过使用该无人值守监控系统,井下变电所值班人员减少了4名,人力成本每年节省越3 0万元,并且产生的其他经济效益和社会效益难以估量。6 总结本文对于矿井变电所无人值守监
15、控系统进行了系统性的介绍,阐述了其结构和功能。近年来我国矿井生产对于供电质量提出了新的要求,这就需要井下变电所需要具备一套完善的供电系统,能够提高电力控制水平,这样才能提高供电稳定性和安全性,避免事故的发生。参考文献1 王保磊,徐奇帅,李正华,梁坤.基于井下变电所的无人值守系统方案分析J.技术与市场,2 0 2 1,2 8(0 1):5 5-5 7.2 赵春艳.高铁牵引变电所无人值守设计方案浅析J.电气化铁道,2 0 2 0,3 1(S 2):1 5 3-1 5 6.3 李铮,张宝龙.煤矿井下变电所信息化控制应用A.中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会.煤矿自动化与信息化-第2 9届全国煤矿自动化
16、与信息化学术会议暨第1 0届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集C.:中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会,2 0 2 0.4 王高海.浅谈采区变电所无人值守技术研究与应用A.中国煤炭学会科技情报专业委员会.中国煤炭学会科技情报专业委员会2 0 1 8年学术年会论文集C.中国煤炭学会科技情报专业委员会:中国煤炭学会,2 0 1 8.5 N a nC h e n g,L i n X i n g,Z h e n gZ h a n g,X u a nL i u,H o n g m e i Z h a n g.R e s e a r c ha n dA n a l y s i so n R a i n w a t e r H a r v e s t i n g a n d U t i l i z a t i o nT e c h n o l o g yo fU n a t t e n d e dS u b s t a t i o nJ.MAT E C W e bo fC o n f e r e n c e s,2 0 1 8,3 2(3):2 4 6-2 4 96 丁凤英.建设无人值守变电所技术难
