常村煤矿实现井下无人值守变电站的技术改造的可行性分析

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[摘 要]煤矿井下变电所作为煤矿井下电力系统的一个重要的组成部分，其安全可靠的运行不仅能有效的保障煤矿的安全生产、保障井下作业人员的人身安全，也保证了企业的各方面成本投入和经济运行。本文一方面介绍了常村煤矿电力监控系统的现状，另一方面分析了常村煤矿实现无人值守变电站的技术改造的可行性。

中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0115-01

前 言

随着技术不断发展，煤矿生产设备技术也大幅提高，煤矿生产设备逐渐向大功率和超大功率甚至智能化的方向发展，同时对井下的供电系统其安全与可靠运行也提出了更为严格的要求。随着矿井逐渐向“高产”与“高效”的方向发展，对于采用更为科学化的管理技术，实现企业的减员增效，已经越发得到煤矿的生产决策者重视，因此对煤矿监控系统的研究和井下变电所无人值守的技术改造就很有必要了。

一、 常村煤矿电力监控管理系统的基本情况和现状

常村煤矿电力监控管理系统总投资160万元，于2008年7月正式投入使用，该系统包括上位机、工业以太网通信设备、微机综合保护装置、智能电力测控模块、监控服务器软件和客户端软件等。整个系统采用工业以太网加现场总线模式，主干采用八芯通讯光纤传输，通过传输接口和监控中心上位机上的普通以太网卡实现信息的传输。同时，实现了对全矿井上下的供电系统进行用电参数、供电状态、运行情况、电气保护的监测记录，对变电所供电设备实现地面集中远程控制和参数远程设置，对故障和超限供电参数实时监测报警，统计、分析、查询供电运行数据，生成供电运行统计图表和考核管理图表。通过先进的计算机技术、网络技术、通讯技术和信号处理技术，对井下变电所的遥测、遥控、遥信和遥调，对变电所的主要设备的自动控制、测量和微机保护以及调度通信等自动化功能。

该系统目前有9个采集通讯分站（地面3个，井下6个），涵盖了地面6个变电所（点）和井下10个变电所，未覆盖到的变电所有：地面南风井风机房、后沟风机房、井下21延伸强力皮带变电所、-210m变电所、-280m变电所。

该电力监控系统至今已运行7年。目前，地面监控主机使用正常，整个通讯主干网络正常，地面两个主变电所的通讯和监测正常，但无法实现远控；接入电力监控系统的井下高压开关可实现远距离停送电操作，但低压模块只能监测不能远控。主要原因是：

1. 2011年底暗斜井变电所的低压模块不明原因爆炸，此后井下低压模块不再远控操作。

2. 风选厂、皮带楼的3分站低压模块坏，没有使用。

3. 地面两个主变电所的综保协议不匹配。

二、 实现无人值守的技术改造和要求

如果要把常规变电所改造为无人值守变电所，首当其冲要对一、二次设备进行改造，以满足无人值守运行的要求。

1. 一次设备改造及主要技术要求

（1）断路器改造：一次设备改造主要在高压断路器，按照无人值守的要求，断路器必须能实现遥控操作，并提供可靠的位置信号。为实现无人值守，要选择合适的真空断路器，同时将其辅助触点改为双辅助触点接线以提高信号的可靠性。断路器的操动机构可以与一个基于微处理器技术的控制模块配套使用，控制模块的作用是为操动机构提供能量和所需的电气接口；同时还具有实时监控功能并易于和SCADA系统结合，具有独特真空灭弧室，完全可和长寿命、高可靠性的操动机构匹配。

（2）高压开关柜改造：高压开关柜五防联锁对防止误操作，减少人为事故，提高运行可靠性起很大作用。五防功能是指：1）防止误分、误合断路器。2）防止带负荷合上或分断隔离开关。3）防止带电操合接地开关或挂接地线。4）防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电。5）防止误入带电间隔，以保人身安全。

此外，完善机械防止误操作；完善柜间距离，要求隔离物起绝缘支撑作用，有良好的阻燃性能；加强母线导体间、相对地间的绝缘水平；改造高压柜中的电流互感器，使之达到工况绝缘水平、峰值和短时耐受电流、短时持续时间的要求。

（3）过电压保护设备改造：过电压保护设备主要包括：复合式和组合式过电压保护器、金属氧化物避雷器、一次消弧装置、二次消谐器、零序电流互感器等，对6～35KV变电所中性点加装自动跟踪自动调谐消弧线圈；为减少变电所运行维护量，降低残压，防止避雷器的爆炸，避雷器更换为MOA无间隙金属氧化物避雷器。

（4）主变压器有关辅助元件改造：改造中性点隔离开关及其操作机构，能实现遥控操作；对有载调压分接开关实现本地和远方遥调操作；实现主变温度远方测量监控等。

2. 二次设备改造内容及要求

二次设备改造主要是控制回路的改造，要能达到无人值守，主要有以下要求：

（1）控制回路改造后简单、可靠、无迂回接线。

（2）控制回路断线、失去控制电源时应实现远方报警并保留故障信号。

（3）保护回路单独设有熔断器的变电所，保护回路直流消失后能远方报警。

（4）重合闸装置要实现自动投退，在遥控和当地操作合闸后，重合闸电源应自动投入，重合闸放电回路自动断开。在遥控和当地操作跳闸后自动退出重合闸电源，同时重合闸装置自动放电。

（5）低频减载装置或其它系统装置动作跳闸时应自动闭锁重合闸。

（6）中央信号装置有关回路作相应改造。

（7）加装遥控与就地跳、合闸闭锁回路。

三、 基于现有系统的改造方案

根据我矿现有系统和井下变电所的实际情况，2014年8月份，电力监控厂家技术人员到我矿现场查看后确立了以下方案：

1.井下二水平中央变电所和二水平中央泵房的综保可通过升级协议，直接实现无人值守的要求。

2.井下-210m、-280m变电所以及21延伸强力皮带变电所增加分站；或者是升级现有的分站，扩大节点数量，和其他变电所共用分站，并接入系统，实现在线监测和远控功能。

3.井下其他8个变电所的分站模块都需要升级或更换，以实现真正的远程监测和控制，保证其灵敏性和操作可控性，从而满足无人值守的要求。

4.更换所有变电所的UPS电源。

5.地面的压风机房、主井三部、风选厂和皮带楼，已有的相关的电力监控设备，将淘汰的和损坏的进行更换。

6.将地面排矸井变电所和西变的综保更换为鹤壁广大的综保。

7.在后沟风机房和南风井风机房添加电力监控系统的相关设备。对地面监控中心系统软件进行升级，保证系统运行的可靠性。

四、总体评价及可行性分析

1、根据无人值守条件，对本矿无人值守总体评价及建议

无人值守条件：符合《煤矿安全规程》及相关标准要求；人员培训合格；管理制度完善，执行有力；安全质量标准化达标；预防性试验合格；谐波地面不大于4%；井下不大于6%；供电设施完善合格；监控系统到位；供电系统环境（防盗、防破坏、防人员误入、腐蚀性气体、振动、冲击、湿度、温度、温度变化率、尘埃、风流及静电、水、变形、开裂、噪声、灰尘、雷雨风、杂散电流、消防、空调、防风、防水等其它环境）异常防范到位，建筑、生活、生产等基础设施完好。

2、可行性分析：因为我矿目前井下已有部分变电所已具备远控操作的能力，整个监控系统所需的大部分网络线路也比较完善，只需要增加部分线路即可。起点比较适中、具有可操作性。同时，巡视值班制度、极端天气或特殊原因管理制度、交接班管理制度、异常及事故处理制度、日常记录管理制度等也比较完善。

五、结束语

无人值守变电站是电力系统的各种技术发展和经济社会发展的必然产物，根据国内外专家学者研究，变电站将继续沿着无人值守的模式发展下去，变电站自动化和无人值守将是变电站发展方向。建设高度可靠、有效可控的现代化无人值守变电站势在必行。对于煤矿企业来说，建设井下无人值守变电站的意义既深远又现实。