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煤矿井下变电所是煤矿供配电系统的重要组成部分，它的安全可靠运行是煤矿安全生产的基本保证。井下负荷种类繁多，区域分布广，工作场所地质条件复杂，安全隐患多，故障排查、停送电周期长，供电故障严重影响了煤矿安全生产。随着数字化矿山建设进程的逐步推进，煤矿用户对井下变电所“无人值守，有人巡视”的需求变得比较迫切，但目前国内煤矿电力监控系统主要解决供配电网络的监测监控问题,而井下变电所仍然存在安全隐患，如变电所环境因素、人为因素等还未纳入系统监控范围，变电所内的安全监控范围尚需完善。
为此，本文提出一种以层次架构为基础的煤矿井下无人值守变电所监控系统技术实现方案，以环境监测、门禁联动、语英对讲、视屏监控等技术手段，将多种不同业务数据流统一到同一软件平台上处理，实现自动逻辑判断和协同控制，能达到真正意义上的无人值守变电所，从而完善了现有的煤矿供电监控系统功能,提高了煤矿供电的安全性与可靠性。
1、无人值守变电所监控系统的技术架构
由于供电系统有严格的技术要求和管理规范，所以，以现有煤矿电力监控系统为基础，将无人值守变电所监控系统分为感知层、网络层、应用层、决策层4层结构方式实现，如图1所示。
感知层主要由智能开关、传感器及其终端通信网络组成，可实现电网参数、环境参数以及开关量信息采集，并与执行终端智能结合，实现测控一体化。
网络层安科瑞电气厂家1377+443/-09+92王金晶包括物理通信网络及其中间层通信设备，如监控分站、通信管理机、联动接入装置等，主要解决系统数据传输问题，可利用现有的数据传输网络来实现。
应用层包括基础层、数据共享交换平台。基础层可运行在Windows,Linux等操作系统上，支持Oracle,SqlSverver等数据库管理系统。数据共享交换平台包括数据抽取、转换和归一化等过程；服务总线进行实时的数据交换。
决策层包括数据分析、预警告警机制、控制逻辑以及预案处理等。本文主要介绍无人值守变电所环境监测、门禁联动、语英对讲、视屏监控等技术。
- 无人值守变电所的环境监测技术
煤矿井下变电所内一些环境参数对变电所的安全运行至关重要，包括瓦斯、温度、烟雾等参数，人员问题也是不容忽视的因素，因此，对变电所相关参数实施全面监测十分必要。
2.1瓦斯监测
变电所实行瓦斯监测主要有两方面的目的：一是监测变电所环境中的瓦斯浓度，保障变电所本身运行维护的安全；二是监测开关馈电区域的瓦斯浓度，保证停送电操作安全。瓦斯传感器安装在变电所的关键位置，通过现场总线(RS485,CAN)或模拟信号传输至系统联动接入装置，由该联动接入装置完成数据采集和通信协议转换，*终传输至系统后台进入实时数据库。
2.2温度监测
变电所内设备比较集中，且设备发热量较大，导致环境温度相对较高，对环境实行温度监测，保证了设备运行的合理温度条件。同时，可对发热量大或易产生明火的设备单独设置温度传感器进行监测，预防事故发生。温度传感器应根据环境状况及功能需求进行布置，温度实时数据通过联动装置或电力监控分站接入监控系统。
2.3烟雾监测
变电所设备在受潮、接触不良或故障状况下可能导致放电或着火，产生烟雾，可通过烟雾传感器进行监测，防止事故进一步扩大。烟雾传感器适当布置在靠近设备侧，数据通过联动装置或电力监控分站接入监控系统。
2.4门禁监测
人员管理也是实现无人值守变电所的关键点之一。门禁监测采用行程开关、红外线传感器以及人员定位系统对进出变电所的人员实施严格监管，对人员的进入、离开时间以及在变电所内活动状况进行监视和记录，并能对巡视人员的巡视情况进行记录考核。
2.5视屏监视
在变电所无人值守情况下，地面集控中星的远程监控不仅要监测电网数据，同时也要对变电所的设备、环境和人员能有直观的视觉监视，因此，在变电所中设置视屏摄像仪。一般在变电所中设置2台摄像仪，一台对出入变电所人员进行监视，另一台对变电所设备状况进行监视。
- 预警与联动技术
通过安科瑞电气厂家1377+443/-09+92王金晶对煤矿电力监控软件进行功能扩展与二次开发，使得煤矿电力监控软件能通过通信网络获得所有电网监控之外的监测数据，包括瓦斯、温度、烟雾、门禁、语英、视屏等，软件增加报警阈值设定功能、顺序控制逻辑判断功能、视屏解码与云台控制功能，并能在进行电网一次设备远程操作之前完成环境数据逻辑处理和判断，根据诊断结果发出联动动作指令，变电所内的声光、语英、显示设备在收到指令后执行动作或发出预警信号，并将执行结果传送到监控后台，监控后台可实时记录、推送监控画面，发出语英告警和提示信息等。
3.1 环境联动
系统实时监测环境参数，进行一系列阈值和逻辑判断，如果有超限情况发生，系统将立即启动紧急预案，并且向变电所附近的人员进行语英广播，发出声光报警，提示该变电所发生意外状况，必要马上采取必要的控制措施，防止事故扩大，从而确保变电所运行安全。
3.2 门禁联动
变电所电力监控站中联动模块实时监测门禁状态，当人员进入时，触发红外传感器，监控站将信息上传至地面监控中星，监控后台自动记录和录像，并推送出变电所视屏图像，系统管理员能及时了解人员活动，并可进行语英对讲，从而实现变电所远程监控。
3.3 语英联动
当系统诊断出有事件发生时，地面监控后台和变电所语英设备同时联动，语英设备播报事件，将提醒相关人员及时处理。IP语英对讲装置采用VOIP语英通信技术，以UDP组播方式实时传输信号，可实现多方实时对讲。
3.4 视屏联动
当系统诊断出有事件发生时，推送出该变电所视屏，地面监控后台对事件发生的现场状况进行影像录像，以便事故回放和调查。摄像仪具备网络接口，通过就地环网交换机或电力监控分站接入系统，视屏数据采用客户/服务器模式，以UDP组播方式传输至系统后台，系统软件采用视屏解码SDK以及ActiveX控件显示界面上的控制视屏窗口，并结合逻辑控制算法实现变电所的视屏监视。
- 无人值守变电所技术应用
煤矿无人值守变电所监控技术在天地王坡矿数字化矿山系统中投入实际应用，该项目建立了电力分控中星平台，实施了6个变电所的监控。电力分控中星配置了连接服务器、属性服务器、客户端服务器和视屏服务器，并配备工程师工作站和EOW(超过操作员平台),配置一套AC800M控制器实现与电力监控站数据交互，所有电力监控操作在EOW上实现。各变电所中配置了KJF99电力监控站、KBA4本安摄像仪、GHW5本安型红外线传感器、KGN1烟雾传感器、KG3007A温度传感器、KXT23语英报警装置、KXB18声光报警器、KXH32×128信号显示牌等环境监测和联动设备。系统结构如图2所示。
5、安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台
5.1 概述
基于安科瑞电气厂家1377+443/-09+92王金晶互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视屏场景等需求，实现数据一个中星，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收警报，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
5.2 应用场所
适用于电信、金融、交通、能源、医用卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。
5.3 系统结构
系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。
感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄影头、开关量采集装置等。除摄影头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。
传输层：包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。
应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址，以接收各智能网关主动传送过来的数据。
展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。
5.4 系统功能
5.4.1 用能月报
用安科瑞电气厂家1377+443/-09+92王金晶能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，查询跨度可设置为月。
5.4.2 站点监测
站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。
5.4.3 变压器状态
变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。
5.4.4 运维
运维展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。
5.4.5 配电图
配电图展示被选中的变电所的配电信息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。
5.4.6 视屏监控
视屏监控展示了当前实时画面（视屏直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视屏信息。
5.4.7 电力运行报表
电力运行报表显示选定站所选定设备各回路采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。
5.4.8 警报信息
对平台所有警报信息进行分析。
结语
随着数字化矿山建设步伐进一步加快，煤矿对井下无人值守变电所的需求将越来越多，无人值守变电所环境监测和联动技术完善了煤矿井下无人值守变电所监控系统功能，为矿山供电提供了安全保障，必将得到广泛的应用和推广，也为煤矿电力监控系统技术的发展以及煤矿变电所建设提供了技术保证。
参考文献
[1]王彦文，高彦.煤矿供电技术[M].北京：中国矿业大学出版社，2012.
[2]乔淑云，李德臣，邵晓根.煤矿电网灾害监控预警系统的设计与实现[J].工矿自动化
[3]王敏，杨旭彬.无人值守变电所在煤矿井下的应用[J].煤，2012,21(4):30-31.
[4]钱继学.基于PLC的井下变电所自动控制系统应用[J].煤矿机械，2011(6):231-233.
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