自动监控系统在矿区变电站中的应用

狄 鑫

（大同煤矿集团电业有限责任公司，山西大同 037003）

0 引言

矿区地面变电站主要对各个矿区、生活区以及部分工业区提供电能，变电站供电系统的稳定直接影响矿井的安全生产，当煤矿供电系统发生故障后会直接导致井下所有作业场所失去动力电源。特别是随着矿井智能化水平越来越高，煤矿供配电系统的合理分配以及供电系统的稳定性直接影响着煤矿生产能力的提升。但是在实际变电站在对矿区供电过程中，由于受高次谐波、供电网络稳定性、供电设备性能等影响[1]，矿区变电站中供电设备经常出现故障，设备无法正常运行，从而导致变电站无法对煤矿正常供电，一旦煤矿出现断电现象，不仅造成地面各种监控设备、井下采掘设备停止运转，而且在断电期间很容易发生煤矿安全事故。

目前我国多数矿区变电站采用的监测设备，存在很多问题，主要表现在以下几方面：设备成本费用高、对供电设备集中监控自动化水平低、系统稳定性差、系统监测精度低等，一旦变电站出现供电隐患或供电故障时无法实时故障报警，从而导致供电事故发生[2]。针对这一技术难题，某公司对矿区变电站采用了一套ARM嵌入式的煤矿变电站电能监控系统。

1 变电站监控系统

1.1 系统结构组成

（1）变电站监控系统主要由远程监控主机系统、工业以太网、以太网交换机、主控制器（PLC）、变电站监控系统系统通信设备、110 kV/35 kV微机保护装置等部分组成，如图1所示。远程监控主机系统主要由上位机、显示器、打印机等部分组成；主控制器采用的是ARM 架构的STM32 系列Cortex-M3内核的64位中央处理器，最高主频为72 MHz。

图1 变电站自动监控系统结构示意图

（2）矿区变电站主要采用由智能化一次设备和网络化二次设备分层设计方式，该变电站网络构造主要由站控层、间隔层和过程层组成。站控层配置的网络系统、计算机以及其他监控系统能够将各个变电站及箱变内供电设备形成通信管理机联网，完成系统对各变电所的电力系统。该系统能够对110 kV、35 kV 等电压等级的变电站开关的运行情况、开关状态、参数以及整定进行监控，同时利用远程控制系统，能够实现变电站的“遥控、遥调、遥信、遥测”功能[3]。

1.2 系统原理

（1）供电期间通过安装在各电压等级变电站的微机保护装置，对变电站供电运行情况、供电时间、供电故障情况等参数及时利用有线信号网络传输至变电站综自系统通信设备内。

（2）综自系统通信设备收集数据后及时上传至主控制器内，主控器对各个参数进行分类、分析，并传输至以太网交换机内，交换机利用工业以太网将数据传输至远程监控室上位机系统，并通过显示器直观显示各个变电站供电运行情况，监控内容主要包括：设备运行情况、实时电压、实时电流、功率因素、额定电压、三相电压、三相电流、设备投入的整定值以及各类功率[4]。

（3）当变电站供电出现故障或不稳定时，通过主控制系统分析后及时将故障源反馈至上位机系统，并发出预警；同时监控系统发现故障后及时进行系统故障自动处理；该监控系统具有远程操控、站内集中操控以及就地操控3 种操控方式。

2 监控系统优缺点及实际应用效果

2.1 变电站自动监控系统优点

（1）监控精度高

变电站在电力监控系统采集的数据经过收集后，与电网的正常参数进行比对，经过数据分析后能够对设备的运行状态做出判断，发现电压、电流异常时及时报警，同时还可以实现各设备用电计量、动态成像、数据共享、智能化控制以及自动存储功能，为地面的工作人员提供准确可靠的数据[5]。

（2）四遥功能

智能化电力控制系统能够实现遥信、遥控、遥测、遥视等功能，配合地面上位机，可以实现变电所智能控制及无人值守。该系统自使用以来能够保证供电系统的稳定、可靠，同时“移峰填谷”的智能化控制系统的使用，更为矿井节约较大的用电费用，提高了整个矿井的经济效益[6]。

（3）降低劳动作业强度

远程监控室内监测人员可以通过监控系统及时发现变电站故障类型及影响范围，远程操作系统对变电站内供电设备电负荷进行控制，从而减少事故的影响时间及范围，确保了供电系统的安全稳定性[7]，实现了变电站无人值守的目的，与传统监控系统相比大大降低了人工对系统操作、监控、故障维修等劳动作业强度。

（4）自动化水平高

变电站自动监控系统可将现场监控与保护相结合，实现了变电站供电实时监控保护，一旦系统出现故障时在极短的时间内发现故障源、发出警报并及时将故障情况上传至远程控制上位机系统内，系统自动化水平高。

2.2 变电站自动监控系统缺点

该系统通过实际应用效果来看，还存在一些不足。由于变电站内电压等级高，设备在进行供电时会产生不同强度的高次谐波，从而对无线工业网络信号传输产生一定影响，会造成信号传输失真现象[8]，所以需加强对工业以太网稳定情况的监测，必要时需安装高次谐波滤波器。

2.3 实际应用效果分析

2018 年4 月，大同煤矿集团电业有限责任公司对矿区变电站内110 kV变电站、35 kV变电站分别安装了一套自动监控系统，截止2019年4月，通过1年实际应用效果观察发现，变电站安装自动监控系统后，共计监测到变电站4次供电故障，并及时进行处理，全年未发生一起因变电站故障导致煤矿供电间断现象，有效保障了煤矿供电稳定性及供电安全；而且通过该监控系统可实时调整供电量，全年可节约用电量达317.7 万kW，节约供电成本费用及设备维修费用达172 万元，取得了显著的安全、经济效益。

3 结束语

矿区变电站自动监控系统不仅能够实现变电站的“四遥”功能，而且确保了整个矿区内供电系统的稳定性。在供电系统出现故障的时候能够通过报警系统及远程操作及时进行人工操控，缩短了停电的影响时间与范围，同时通过对各用电设备的用电量进行分析，采用“避峰调荷”的措施合理控制各用电时段的用电量，降低整个矿井的用电费用，实现矿井产能效益最大化。