如何實現(xiàn)煤礦領(lǐng)域用電的無人化值守——Acrel1000變電站綜合自動化系統(tǒng)

安科瑞虞佳豪

連日來，受持續(xù)高溫影響，全國各地用電量飆升，連續(xù)刷新用電負荷最高紀錄。為保證能源供應(yīng)，山西認真落實此前提出的“三穩(wěn)三不準”要求——穩(wěn)定保障能源生產(chǎn)、穩(wěn)定保障電煤供應(yīng)、穩(wěn)定保障發(fā)電供電，不準拉閘限電、不準搞“一刀切”、不準隨意提價?！敖衲昀^續(xù)成立保供專班，采取電力、煤炭、發(fā)改等相關(guān)部門聯(lián)合辦公的方法，動態(tài)更新每天煤炭供給、新能源發(fā)電量的實時數(shù)據(jù)，調(diào)度督導(dǎo)相關(guān)企業(yè)安全生產(chǎn)?！鄙轿魇∧茉淳钟嘘P(guān)負責(zé)人表示，山西將有序推進產(chǎn)能核增，全力推動在建煤礦建成投產(chǎn)、國家已核準煤礦開工建設(shè)等，依法加快煤礦釋放優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能，實現(xiàn)煤炭連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。

煤炭持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。在山西瑞光熱電有限責(zé)任公司，公司黨委書記、總經(jīng)理胡俊峰正在機房查看當天燃煤發(fā)電鍋爐運行情況。大屏幕顯示，兩臺發(fā)電機組正火力全開，相關(guān)環(huán)保指標正常運行。走出機房，步行10分鐘便可到達公司的儲煤場，胡俊峰說：“公司煤炭庫存始終保持30天以上的安全生產(chǎn)線，保證年發(fā)電量33億千瓦時。”

綠電外送占比不斷提升?！吧轿麟娋W(wǎng)積極響應(yīng)國家統(tǒng)一部署，組織綠電與火電的協(xié)調(diào)外送，綠電外送占比達18%。首次增加向安徽、湖南和四川三地送電，晉電外送地區(qū)數(shù)量已增加到22個。”國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)控中心調(diào)控處處長劉洋介紹，國網(wǎng)山西電力依托大電網(wǎng)資源配置優(yōu)勢和靈活的電力交易機制，通過電力外送通道支援兄弟省份。數(shù)據(jù)顯示，今年1至7月，山西外送電量762億千瓦時，同比增長10.1%；全口徑最大外送電力2620萬千瓦，同比增長36.4%。特高壓雁淮直流首次實現(xiàn)800萬千瓦滿功率運行。晉電外送的“朋友圈”不斷擴大，省間現(xiàn)貨累計成交29.9億千瓦時，幫助緩解華東、華中、西南區(qū)域的電力供應(yīng)緊張。

“作為全國重要的能源基地，山西承擔(dān)著保障國家能源安全的重大使命。我們?nèi)ΡＵ厦禾堪踩€(wěn)定供應(yīng)。”山西省委主要負責(zé)同志介紹，“去年煤炭產(chǎn)量11.93億噸、占全國的29.2%，并以長協(xié)價保供16個兄弟省份。今年煤炭產(chǎn)量將達到13億噸以上，再增產(chǎn)1億噸。同時山西促進傳統(tǒng)能源和新能源優(yōu)化組合，截至2022年6月底，全省新能源裝機4012萬千瓦，占比34.46%，建成和在建儲能項目67個，綠電支撐能力進一步增強。”

煤礦供電系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要動力保障 , 一旦電力中斷 , 生產(chǎn)將被迫停止 , 同時停電后容易發(fā)生瓦斯積聚爆炸、淹井等惡性事故，現(xiàn)有配電室采用不同廠商的保護裝 置產(chǎn)品，沒有形成有效的監(jiān)控配電系統(tǒng)，不便于管理和實現(xiàn)無人值守。

因此，迫切需要一套智能監(jiān)控配電系統(tǒng)來保護礦井的供電安全。目前，通過使用電子計算機達到以對信息進行收集、傳送以及處理為目的的先進的電力綜合自動化系統(tǒng)，能保證電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行。

礦井地面電力綜合自動化系統(tǒng)

礦井地面電力綜合自動化系統(tǒng)概述 

該礦地面電力綜合自動化系統(tǒng)站控層、通信層、保護間隔層這主要的三部分共同組成。地面電力綜合自動化系統(tǒng)的主干通訊網(wǎng)絡(luò)，依靠礦已經(jīng)建設(shè)的 6 個地面變電所安裝的工業(yè)環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。在變電所內(nèi)安裝通訊管理機，通訊管理機具有上行網(wǎng)絡(luò)光 / 電口和下行 485 接口，上行通過網(wǎng)絡(luò)電口接入到就近的環(huán)網(wǎng)交換機內(nèi)進行與已經(jīng)建立的電力監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊，下行 RS485 接口與變電所內(nèi)的高壓綜保相連接，實現(xiàn)綜保數(shù)據(jù)的采集及控制功能。而相關(guān)數(shù)據(jù)的實時收集工作，主要是通過站控層實現(xiàn)的，其收集信息的裝置首先通過現(xiàn)場總線與通信管理機相連后，再與通信網(wǎng)絡(luò)層的工業(yè)以太網(wǎng)交換機與監(jiān)控管理層建立聯(lián)系。通信服務(wù)器與通信控制處理軟件兩部分共同組成了通訊網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)主要是通過對電網(wǎng)運行實時信息的采集和處理來反映各變電所實時的運行情況，以便于相關(guān)人 

員能實時監(jiān)測系統(tǒng)的動態(tài)，迅速掌握系統(tǒng)的變化，以達到對該礦區(qū)地面變電所調(diào)度的集中。

礦井地面電力綜合自動化系統(tǒng)組成 

在硬件方面，該系統(tǒng)主要由為通訊管理機、服務(wù)器以及監(jiān)控中心工作站等設(shè)備組成。服務(wù)器采用雙份熱備用運行模式，保證系統(tǒng)可靠。其中通訊管理機共計設(shè)置 8 臺，根據(jù)礦工業(yè)廣場變電所的距離設(shè)置，其主要功能是具有多個下行通訊接口及一個或者多個上行網(wǎng)絡(luò)接口，將變電所內(nèi)所有的智能監(jiān)控、保護裝置的通訊數(shù)據(jù)整理匯總后，實時上送監(jiān)控中心后臺機，完成遙信、遙測功能；另一方面接收后臺機下達的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給變電所內(nèi)的智能控制單元，完成對變電所內(nèi)各開關(guān)設(shè)備的分、合閘遠方控制、參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能；同時配備多個串行接口，便于變電所內(nèi)的其它智能設(shè)備通訊。 

2 臺服務(wù)器放置在服務(wù)器機房，實現(xiàn)對整個礦區(qū)全部變電所的所有設(shè)備的運行情況進行監(jiān)測與控制。若一臺服務(wù)器發(fā)生故障，另一臺服務(wù)器則在執(zhí)行本身功能的基礎(chǔ)上，還會替代故障服務(wù)器的功能，即執(zhí)行所有功能。 

2 臺監(jiān)控中心工作站放置在地面自動化控制中心，有人員專門值守，負責(zé)對全礦各變電所進行實時的監(jiān)控，做到遠程控制。 

礦井地面電力綜合自動化系統(tǒng)系統(tǒng)功能 

對實時數(shù)據(jù)進行采集、處理，整個工作系統(tǒng)的監(jiān)視與控制是礦井地面電力綜合自動化系統(tǒng)的主要功能。下面將主要將從數(shù)據(jù)采集和處理功能兩方面對該系統(tǒng)實現(xiàn)的功能進行闡述。 

數(shù)據(jù)采集功能。數(shù)據(jù)采集是該系統(tǒng)工作的最基礎(chǔ)的部分，系統(tǒng)通過實時收集各監(jiān)控子站傳出的參數(shù)（如電流電壓值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電度、開關(guān)所處狀態(tài)、通信狀態(tài)、保護器定值等）來達到對礦井地面電網(wǎng)的遠程監(jiān)控的目的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)則是以 SQL Sever 2008 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實時的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 

數(shù)據(jù)處理功能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能是將各種數(shù)據(jù)全部采集之后執(zhí)行的，最終實現(xiàn)變電所內(nèi)開關(guān)的遠程遙測、遙控、遙調(diào)、要信等功能，以及在線參數(shù)監(jiān)測、故障定位報警、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、用電計量管理、開關(guān)變位告警、保護動作告警、電壓電流越限告警，并有文字窗口、聲音提示、****發(fā)送等功能。 

系統(tǒng)可靠性 

電力綜合自動化系統(tǒng)在礦井地面變電站中具有良好的應(yīng)用價值，能夠在維護變電站安全穩(wěn)定運行的同時，促進變電站管理水平的不斷提升，對智能變電站的設(shè)備運行及電能消耗進行科學(xué)化控制，從而保證電力企業(yè)的綜合效益。同時能提前發(fā)出故障警報，便于相關(guān)技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在的問題，從而降低電力事故發(fā)生幾率。

變電站綜合自動化系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

系統(tǒng)功能

實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

報警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預(yù)告報警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2） 對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報警和事故報警。

3） 開關(guān)事故跳閘到指定次數(shù)或開關(guān)拉閘到指定次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、****、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。

調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

一級控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當操作人員將就地設(shè)備的遠方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。

二級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復(fù)歸及遠方投退連接片。

定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

系統(tǒng)硬件配置

無論是對企業(yè)本身來說還是對社會來說，礦井地面電力綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用都是及其有利的。對企業(yè)自身來說，該系統(tǒng)的應(yīng)用在更大程度上保證了相關(guān)工作人員的人身安全、提高有關(guān)用電管理方面的效率、降低噸煤電耗、大大改善了工作條件、提高企業(yè)的盈利水平以及市場競爭力。對社會來說，該系統(tǒng)的應(yīng)用可以減少企業(yè)對能源的消耗的同時也可以做到對環(huán)境的影響更小。