谈井下变电所电力综合自动化系统

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摘要：以井下变电所电力综合自动化系统为对象开展探究。在分析井下变电所存在问题的基础上，对变电所电力综合自动化系统总体方案进行设计，并从硬件构成和软件配置两方面做出深入探究，希望能为其他矿井相似工程的开展提供借鉴和参考。

关键词：矿井；变电所；综合自动化系统；方案设计

在煤矿井下生产作业中，供电质量对整个矿井生产有着直接影响[1]。一旦出现供电系统故障必然会造成矿井停产，甚至引发井下安全事故。特别是近年来井下机械化程度及自动化水平不断提升，井下供电系统运行的可靠性和配置的合理性对矿井生产的重要性愈发突出。构建井下变电所电力综合自动化系统，实现对井下供电系统运行的安全有效控制，能为矿井综合效益的提升提供坚实保障。

1井下变电所问题分析

传统的井下变电所作业多存在以下不足之处：a)变电所电气设备稳定性和可靠性无法满足井下生产实际需求[2-3]。传统的井下变电所多采用常规电气装置，不但设备结构复杂且缺少自我诊断功能，运行中可靠性偏低，时常发生各类安全隐患。b)自动化程度较低，监控时效性不足。传统的井下变电所所采用的监控设备往往无法实现对电气设备的全部覆盖，从而造成监控数据的不全面，同时受限于通讯系统的落后性，监控数据不能实现同调度中心的远程实时传输，加之变电所缺少完备的远程作业调控手段，这些因素均会在一定程度上对变电所工作效率造成负面影响。c)设备运行维护工作量大，系统运营管理水平偏低。井下变电所所用电气设备非常容易受到井下环境因素的影响，在运行中需要专人进行专门的管护，不仅维护作业难度大且成本高昂。同时，传统变电所内各电气设备间缺少关联性，仅是结合设备功能进行了简单的组合，缺少对变电所的统筹管理，作业时协调控制难度较大，存在操作混乱的可能。

2变电所电力综合自动化系统总体方案设计

井下变电所电力综合自动化系统构成组件主要包括分布式保护测控装置、MCU（微控）主控单元、现场总线、通讯管理设备、智能检测设备、后台计算机、远程操控设备等[4-5]。数据收集和开关控制是整个系统的关键构成要素，对于确保综合自动化系统实时汇集现场第一手数据，并借由数据分析，实现对现场设备的远程智能操控至关重要。整个系统通讯组件包含现场总线和以太通讯2种形式，分别用于连接远程控制终端和前端监测装置，从而确保不同电气设备与MCU主控单元及远程计算机的有效连接。远程控制系统是整个系统的核心组件，能对电气设备各运行数据进行实时的远程采集，并对其进行智能处理与分析，从而实现对各终端设备的有效操控，并在出现故障后立即报警。此外，后台配设有数据库，能对监测数据和操控信息进行有效存储。

3硬件系统设计

3.1主控单元现场总线

MCU主控单元通过现场总线与各分布式测控装置、开关控制系统、数据采集系统等进行数据传输[6]。这种连接方式不仅具备良好的拓展性和灵活性，还能将各通讯设备和监控终端组合起来，形成一个上下有序的分布式系统。此次设计所用现场总线采用CAN总线通讯方式，其理论上具备无穷个节点，不同节点之间均可进行自由通信，以实现不同结构间的资源共享，大幅减少电缆布设量的同时实现数据的高效传输。

3.2监控数据采集系统

数据采集系统构成包括模拟量采集系统、开入量采集系统、脉冲量采集系统等。其中模拟量主要包含电流、电压、功率等交流信号；开入量主要包括信号输入、开关、刀闸等位置信号；脉冲量主要包括一些不连续的突变电压与电流信号。

3.2.1模拟量采集图2为模拟量采集系统结构框架示意图。作业时，外部强交流电信号通过转换装置转化为弱交流电信号，并通过信号放大电路U和集成多路模拟开关MUX及A/D转换装置（模拟数字转换装置），转化为能被主控单元MCU处理的数字信号，最后再通过对数字信号的计算分析获得电流电压有效值，求得相应的有功功率和无功功率，并将这些数据远程传输至计算机中心进行智能处理，从而实现控制功能。作业中，整个采集系统最高能实现对12路模拟量数据的同步收集，效率极高。

3.2.2开入量及模拟量采集图3为开入量采集结构示意图。作业时，主控单元MCU收集外部开入量时，必须进行预处理，一般采取在采集电路中增设光电隔离装置的方式，减小外部信号干扰，确保信号准确无误。此外，为规避信号采集错误导致误报现象的出现，针对开入量的采集应在所需软硬件上配用去抖动措施。针对脉冲量的采集选用抗干扰滤除法进行脉冲，只有脉冲宽度高于预设宽度时方能计数，否则视为干扰信号，不予采集，采集到的脉冲信号实时累计后上传至MUC主控单元。

4软件系统设计分析

对变电所电力综合自动化系统而言，其配套的上位机监控软件要能实现对变电所各类设备运行数据的实时收集和在线显示，同时要配套数据库，将各类数据存储起来，方便随时调阅。此外，软件还应具备良好的数据处理和人机交互功能，便于远程操控。基于这些需求，上位机监控软件采用C++语言作为编程语言，以Windows系统作为软件运行环境，以SQL（结构化查询语言）数据库构造系统数据库，整个软件体系采取模块化和面向对象的设计理念，结合生产实际作业中所需实现的各项功能，对软件进行针对性设计，逐一搭建相应功能模块，各功能模块要包含有相应的子系统。图4为上位机软件结构框架示意图。5结语井下变电所作为矿井生产作业有效开展的关键前提，确保其运行的持续、稳定至关重要。矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产中积极组织专业技术人员开展针对性分析探究，构建有效的综合自动化系统，实现对变电所设备运行的有效监测和远程操控，确保其高效运转，为矿井综合效益的提升提供坚实保障。

参考文献：

［1］杨玉超.变电站综合自动化与监控软件开发［J］.计算机产品与流通，2020(3)：65.

［2］贾婷.6kV变电站综合自动化防护设备的研究［J］.机械管理开发，2020，35(2)：187-188.

［3］房瑞阁.浅谈电气工程中电力综合自动化系统与变电站继电保护［J］.科技创新导报，2019，16(35)：45.

［4］陈贵州.基于DSP的变电站综合自动化控制系统研究［J］.电子科技，2020(9)：1-5.

［5］马薇.IFIX在煤矿自动化变电站中的开发与应用研究［J］.山东煤炭科技，2019(1)：149-151.

［6］刘红英，王秋里.煤矿变电站电力综合自动化系统［J］.煤矿机电，2019，40(5)：15-17.

作者：付佳伟 单位：大同煤矿集团公司大斗沟煤业公司