常村煤矿供电系统数字化无人值守方案设计

姚 武

(潞安环能股份公司 常村煤矿，山西 长治 046102)

1 项目建设的必要性

常村煤矿的主要变电站目前仍采用专人值守方式，这种传统的值班方式不仅效率低，而且运行维护成本高，对于矿井变电站的整体发展有一定的阻碍。通过对现有供电系统进行数字化无人值守改造，在提高电气设备自动化的基础上，不仅能提高变电站管理效率、降低运行成本，并且能大大提高供电系统的安全性。2017年国家煤矿安监总局新发布的《煤矿安全生产标准化》一书中已明确要求矿井主要变电所要采用集中远程控制，实现无人值守。从内因、外因综合考虑，矿井供电系统数字化、无人化建设已迫在眉睫。

1.1 提高电力运行的安全性

远程电力监控系统能够实现对变电所配电设备的遥测、遥信、遥控、遥调、报警显示、数据存储、统计报表等功能，实现电力运行管理、实时用电计量管理、故障定位管理、视频监控管理，达到设备高效安全运行、无人自动值守和现代化管理。目前常村煤矿没有一套完整的集中监控系统，无法实现电力系统的远程统一调度及管理。无人值守变电站的实现可以使变电站在综合自动化程序控制下,对变电站的实时运行情况进行监测监控、分析管理，构建全面发展的先进管理方式，从而提高供电系统的安全性。

1.2 实现运行的节能减排

通过无人值守变电站的改造，对电力监控数据实现合理的分类处理并进行充分的信息挖掘，在满足供电安全性、电能质量合格率等生产管理需要的前提下，对采集的数据进行分析处理，例如变压器负载率等，根据实际情况做出有利的、合理的运行决策支持措施，通过电力监控系统实现电力系统的合理运行，有效节约能源；对于设备的运行时间、工作状态等进行统计分析，制定合理的、适合设备运行工况的运行措施，延长设备的使用寿命。另外还可以通过电力监控系统实现各类型设备的能耗分析，查找出耗能设备等，制定合理的应对方法，节约电能。

1.3 减少运营维护的成本

常村煤矿变电所数量多、地点分散、缺乏智能化统一监控管理手段，每个变电站均需要值班人员。若实现无人值守，在监控中心统一管理，人员投入至少可以减少三分之二。

2 项目概述

常村煤矿数字化系统将从装备先进化、管理自动化入手，提高供电系统运行管理效率，针对目前常村煤矿变电所主要依靠人工值班监控的弊端，提出实现少人值守/无人值守操作的目标，在调度中心远程完成监控工作，瞄准国际先进煤矿生产自动化系统技术，在常村煤矿建成一套适合我国现有基础条件，具有国内自主知识产权，集数据、视频、语音为一体的供电系统数字化无人值守系统。该系统建成后达到的效果就是减员、增效、保安全。

常村煤矿无人值守系统是对井上和井下的电力监控系统、环境、安防等设备进行实时集中监控，最终实现各供配电子站设施无人值守、远程巡检、线上实时监控、线下巡视检修的自动化目标。

无人值守项目分为监控主站系统和子站系统。其中监控主站系统位于监控中心，是无人值守项目的核心部分，起到非常重要的作用；子站系统集数据采集、数据监控、数据转发和规约转换等多功能于一体，将各配电室的设备运行数据、视频监控数据和环境监控数据等数据信息进行汇集、过滤、处理后上传给监控主站系统，起到承上启下的作用[1]。无人值守项目可在常村煤矿内实现无人值守和电气一体化监视。其中，监控主站系统包括SCADA(数据采集与监视控制系统)子系统、辅助监控子系统等。

1) SCADA子系统：对常村煤矿内变电所的保护装置或低压仪表的数据统一监视。对监控子站中所需监控的一次设备实现SCADA功能，即通过当地监控子系统实现本地设备的监视与控制，实现配电网的优化运行。

2) 辅助监控子系统：对子站中的温湿度、风机、照明、烟感、气体、水位、门禁、视频等辅助设备进行监控与管理，实现联动控制、定时巡检、手动巡检、视频联切等功能。

3) 接口：实现与MIS(管理信息系统)等其他电力业务系统的接口功能，实现数据共享。另外，系统开放通讯协议，满足接入其他系统的需求。

3 系统建设方案

3.1 技术方案

常村煤矿无人值守系统主要包括2个子系统：电力监控主站系统(SCADA子系统)、无人值守类辅助设备监控系统(辅助监控子系统)。常村煤矿无人值守项目的总体设计满足如下技术要求：

1) 整体设计要求。系统能够提供交互性良好，简单易用的可视化用户操作界面，方便日常操作使用，提高实际效率。系统的扩展必须易于操作，扩容的设备接入通讯系统，进行简单的参数配置，即可实现电力监控系统扩容。基本上是个一学即会的系统，操作、维护都很简易[2]。

2) 网络配置设计。项目中所有硬件设备均通过快速以太网连接，采用标准的TCP/IP、UDP网络通讯协议；系统运行于三层结构模式下，网上各台机器相互冗余，服务器双机双网，保证系统在一台异常或者网络异常时数据采集与系统功能不受影响。系统采用主备前置、主备服务器双网设计。视频网络与SCADA数据网络分开[3]。

3) 硬件设备设计。项目采用跨平台的系统网络配置方案，服务器端或服务端不仅可采用基于RISC芯片的工程工作站如SUN、IBM、HP-ALPHA等，还可采用基于多Intel 处理器芯片的大型机架式服务器，在服务器上运行Unix、Linux、Windows 2008/2012 Server等操作系统。

4) 系统数据库设计。项目采用内存数据库方式实现监控系统对数据实时性和标准性的双重要求；系统所保存的历史数据均按照通用的标准数据库格式存放，支持SQL语言查询；数据库有极高的安全性，所有经采集的数据均不能修改。

3.2 系统架构

3.2.1 体系架构

项目采用分层、分区的分布式结构，按监控主站系统、通讯网络和子站系统配置。主站系统实现各站运行监视，子站系统负责对应子站的系统监测，辅助监控系统对各配电室和变电所的辅助设备进行状态监视和控制，电力设备一体化运维部署在监控中心。

1) 监控主站系统和子站系统。监控主站系统位于集中控制室内，由前置服务器、数据服务器、监控主机、打印机、辅助系统服务器及不间断电源等组成，实现配电设备的遥测、遥信、遥控、遥调、报警显示、数据存储、统计报表等功能。辅助系统实现照明、风机、烟感、温湿度、门禁、红外、水浸、视频等设备的监视与远程控制，定时巡检，生成巡检报告。子站系统为多个配电室/开闭所组成的监控群，站端系统设备主要是指配电室/开闭所内部的配电设备。

2) 通讯网络。变电所需布置光纤通道实现视频和数据的传输功能。

3.2.2 功能架构

SCADA电力监控子系统具有以下功能：数据采集和处理、图形、告警、历史数据存储、历史数据查询、集控、电网控制、权限管理、远程诊断与分析等。辅助监控子系统用于隧道内辅助设备的集中管理与控制，具有以下功能：数据采集和处理、图形、报警、历史数据存储、历史数据查询、安防控制系统(红外、门禁)、消防控制系统(烟感、火灾报警)、巡检系统(手动巡检、自动巡检)、环境监测(温湿度、水位)、设备控制(风机、照明、门禁)、视频联动等。

4 结 语

通过对常村煤矿供电系统进行数字化改造，使变电所具备无人值守条件，不仅可以提高供电系统运行的安全性，减少运行维护成本，更为将来智能化矿山建设奠定了基础。