煤矿井下无人值守变电所应用及其改进

　　摘要：井下变电站是煤矿配电系统的重要组成部分，与煤矿的安全开采、经济水平密切相关。本文以某煤矿为例，探究无人值守变电所在煤矿井下的实际应用，分析无人值守监控系统的实际情况，并提出改进的措施。

　　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.

　　关键词：煤矿;无人值守变电所;监控系统

　　Key words： coal mine;unattended substation;monitoring system

　　中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2020)15-0235-02

　　《煤矿现代化》(双月刊)创刊于1992年，是由兖矿集团有限公司主办。 本刊为综合性技术期刊，主要栏目有战略研究、生产建设等，于2003年创建编委会，欢迎投稿。

　　0 引言

　　煤礦井下区域分布广，负荷种类多，地质条件复杂，存在较多的安全隐患，如果出现供电故障，对煤矿安全生产造成严重影响。现代数字化矿山建设不断推进，某煤矿也积极发展数字化矿井，根据生产实际，某煤矿采用供电远程测控系统，井下变电所实现了无人值守。现代化矿井发展的必然趋势之一是煤矿井下无人值守，采用微机集中监控井下变电所供电系统。该煤矿是国有大型煤矿，变电所建设年限较早，需对该矿的变电所进行改进。本文对该煤矿的无人值守变电所应用进行分析，完善煤矿供电监控系统，保证煤矿供电的安全性。

　　1 某煤矿井下无人值守变电所监控

　　某煤矿井下无人值守变电所应用的监控系统，由决策层、电力层、网络层、感知层等结构构成。感知层包括数据终端设备、摄像头、可编程控制、远程终端单元，以及其他智能部分等。感知层能够与智能终端相结合，对开关量参数、电网参数、环境参数等进行采集，实现测控一体化。网络层由IP网络、数据通信网关、数据采集、其他末端系统和通信系统等构成。网络层能够解决系统数据的传输问题。CANBus为串行总线系统，连接执行器、控制器、传感器等，为ISO11898CAN执行标准[1]。Modbus利用公用线路、局部专用线路连接，发出所有的通信。其组成包括可编程序控制器、计算机。可以支撑多个控制器的顺利通讯，支持多个远程从属控制器。中心主机与各PC利用Modbus信息交换。RFID为射频识别系统，是一种无线通信技术，能够编写数据信息，识别特定的目标。电力层包括基础层、数据共享交换平台等。基础层运行可以应用Linux、Windows。数据共享平台利用服务总线，进行数据的实时交换。决策层包括视频监控系统、应急管理体系、人员定位系统等。(图1)

　　2 改进煤矿井下无人值守变电所环境监测技术

　　2.1 门禁监测

　　人员管理是煤矿井下无人值守变电所的管理重点。门禁监测系统十分重要，监控相关工作人员的出入情况，应用工作人员的定位系统、行程开关等，进行记录和监控[2]。了解变电所相关工作人员的活动状况，为工作人员的考核提供参考，体现其公平性与公正性。

　　2.2 瓦斯监测

　　监测瓦斯情况，对瓦斯的实际含量进行实时了解。为保证工作人员、变电所的安全，需要科学监测空气瓦斯的浓度，保证在科学的浓度范围内。对于供电系统周围瓦斯的含量，也要加强监测，合理使用监测设备。如果瓦斯浓度超标，能够及时预警，并进行处理[3]。在变电所的关键位置上，安装瓦斯监控传感器，保证安全运行供电系统，连接转换利用信号连接传输实现，能够将内部数据信息精确传输。

　　2.3 烟雾监测

　　由于煤矿井下处于比较潮湿的环境下，因此，变电所的设备可能出现接触不良的问题，导致火灾事故。烟雾监测十分重要，监测煤矿井下环境中的烟雾浓度，利用烟雾传感器，及时发现问题。监控系统与烟雾传感器连接，进行数据联动，从而可以对变电站的内部运行状况进行实时监测，方便工作人员的全面了解，从而实现无人值守监控系统的功能。

　　2.4 温度监测

　　在变电所设备运行过程中，会有大量的热量产生，增加周围环境的温度。煤矿井下的变电所设备，通常比较集中，需要加强温度的控制，避免温度过高，影响供电系统的正常运行。要保证变电所系统设备的温度处于可控的情况下。根据煤矿井下的功能需求以及实际环境情况，设置温度传感器。有的设备工作中会有大量热量的产生，需要重点监测，设立专门的温度传感器，实行一对一监测。注意一些特殊情况，保证能够准确对事故进行预警。将温度传感器与分站监控系统相连接，分析联动装置情况，发挥监控的作用。

　　2.5 视频监测

　　煤矿井下变电所处于无人值守的情况，远程监控进行直观视觉监视的同时，还要对电网的数据信息进行全面监测。安装视频摄像仪装备在变电所中，对环境、人员、设备等，进行有效的视频监测。通常在一个变电所中，安装两台摄像机，分别监测工作人员的运动情况，以及设备的运行情况。

　　3 改进煤矿井下无人值守变电所预警与联动技术

　　煤矿企业需要对电子监控软件系统进行研究开发，完善实际功能。获取电网监控外的监测数据信息，使相关工作人员对井下的实际开采情况能够全面、及时地了解和掌握，从而做好安全措施。电子监控软件系统需要有报警设定、视频解码控制、逻辑判断等功能，在设备远程操作前，判断与处理环境数据。与联动诊断指令功能相结合，提供数据信号，比如语音、声光等显示，方便接受预警与执行，对监控画面实时记录，执行结果实时输送。

　　3.1 门禁联动

　　为保证工作人员的活动，经过红外传感器，可以将电力监控联动模块增加在门禁监测系统中。通过门禁联动，向地面的监控系统及时发送监控站信息。监控系统也具有语言对讲功能，从而帮助管理人員了解工作人员的状态，并且可以进行有效的沟通。

　　3.2 环境联动

　　进行环境联动，比如如果瓦斯浓度超过限制，监控系统会立即发出预警信号，并且通过语音广播系统，附近的工作人员能够获得相应的声光和语音提醒。通过逻辑判断与阈值，对环境的参数信息进行实时监测，提醒意外的发生。避免故障事故的进一步扩大，及时采取科学的控制措施，促进变电所的安全、可靠运行。

　　3.3 视频联动

　　地面监控后台可以影像录像，如果监控系统发现故障，会立刻形成现场状况的影像，向监控中心发送记录视频。根据记录视频，不仅能够及时有效处理故障，并且能够进行回顾，从而总结分析故障事故的原因，制定措施，避免类似的故障再次发生。交换机、监控分站中，接入摄像仪网络接口，利用客户/服务器模式输送信息。采集数据信息并同时输送，实现系统后台的有效运行。根据逻辑控制算法，使用SDK控制视频窗口、ActiveX控件，对设备的运行状况进行视频监视。

　　3.4 语音联动

　　如果诊断出开采事故，利用语言播报能够及时提醒相关工作人员，解决相关的故障问题。实现语音联动，应用VOIP语言通信系统，设置IP语音对讲设备。多方实时对讲，数据信号的传导，应用UDP组播方式。将摄像仪的网络接口向系统传输，利用环网交换机、电力监控站。监测数据利用信息数据收集方法，通过软件与控件显示界面、SDK连接[9]。故障问题被无人监控系统监测出来，语音联动系统开始启动。地面监控台对故障现场的实际状况，进行调查分析。通过逻辑控制核算，变电站的所有组图视频都可以被监测。

　　4 煤矿无人值守变电所的应用情况

　　某煤矿使用无人值守变电所远程监控系统，利用数字化微机综合保护器设备，改进变电所高压开关的综合保护器。利用数字化微型保护器为主站，接入RS485信号，可以提供更多的通讯数据信息，促进无人值班变电所的安全运行。

　　电力监控站中，将2路本安摄像仪接入，利用光纤，对变电所的运行远程监控，与软件结合，进行视频联动。如果系统自动切换视频信号，或者开关出现故障，可以实现值班人员与工作人员的语音对讲。使用以太网连接模式，将监控站与语言通讯装置进行连接。井下变电所的声音信息，要与地面实现同步，从而实现实时的监测以及语音报警功能。

　　电力监控站接入2路红外传感器信号、2路门禁开关量信号，有效联动视频信号，对工作人员在变电所的活动进行实时监控。接入温度、烟雾等传感器，实时监控井下开采环境。如果出现超温问题，变电所系统自动跳闸，避免出现火灾故障。

　　该矿无人值守变电所实现了视频、门禁、环境、语音的联动，以及遥调、遥测、遥控等功能，使无人值守更加安全、可靠。

　　无人值守监控系统具有良好的技术效益、经济效益、社会效益。无人值守监控系统减少了变电站故障发生率，有利于提高煤矿生产运行的安全性。值班领导能够直观调动生产过程，进行实时监控。变电所只需要安排人员巡视。利用故障报警系统，维修人员可以快速排查故障，及时处理。

　　5 结语

　　随着数字化矿山建设的发展，对无人值守变电所也提出了更高的要求。煤矿井下变电所的环境参数，对煤矿的安全运行有重要的影响，包括温度、烟雾、瓦斯等等。无人值守变电所的联动技术、环境监测，为煤矿变电所的建设提供技术支持，促进监控功能的完善，有利于保障供电的安全性，促进煤矿工作的顺利进行。

　　参考文献：

　　[1]张玮琛.煤矿井下变电所无人值守的运行与管理[J].西部探矿工程，2019，31(7)：186-187.

　　[2]尚通船.柳湾煤矿井下采区变电所无人值守监测监控系统的开发研究[J].机电工程技术，2019，48(9)：65-66，141.

　　[3]杨文广.煤矿井下变电所无人值守系统设计及应用[J].机械管理开发，2019，34(1)：203-204.

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文章名称：煤矿井下无人值守变电所应用及其改进

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