談井下變電所電力綜合自動化系統

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摘要：以井下變電所電力綜合自動化系統為對象開展探究。在分析井下變電所存在問題的基礎上，對變電所電力綜合自動化系統總體方案進行設計，并從硬件構成和軟件配置兩方面做出深入探究，希望能為其他礦井相似工程的開展提供借鑒和參考。

關鍵詞：礦井；變電所；綜合自動化系統；方案設計

在煤礦井下生產作業中，供電質量對整個礦井生產有著直接影響[1]。一旦出現供電系統故障必然會造成礦井停產，甚至引發井下安全事故。特別是近年來井下機械化程度及自動化水平不斷提升，井下供電系統運行的可靠性和配置的合理性對礦井生產的重要性愈發突出。構建井下變電所電力綜合自動化系統，實現對井下供電系統運行的安全有效控制，能為礦井綜合效益的提升提供堅實保障。

1井下變電所問題分析

傳統的井下變電所作業多存在以下不足之處：a)變電所電氣設備穩定性和可靠性無法滿足井下生產實際需求[2-3]。傳統的井下變電所多采用常規電氣裝置，不但設備結構復雜且缺少自我診斷功能，運行中可靠性偏低，時常發生各類安全隱患。b)自動化程度較低，監控時效性不足。傳統的井下變電所所采用的監控設備往往無法實現對電氣設備的全部覆蓋，從而造成監控數據的不全面，同時受限于通訊系統的落后性，監控數據不能實現同調度中心的遠程實時傳輸，加之變電所缺少完備的遠程作業調控手段，這些因素均會在一定程度上對變電所工作效率造成負面影響。c)設備運行維護工作量大，系統運營管理水平偏低。井下變電所所用電氣設備非常容易受到井下環境因素的影響，在運行中需要專人進行專門的管護，不僅維護作業難度大且成本高昂。同時，傳統變電所內各電氣設備間缺少關聯性，僅是結合設備功能進行了簡單的組合，缺少對變電所的統籌管理，作業時協調控制難度較大，存在操作混亂的可能。

2變電所電力綜合自動化系統總體方案設計

井下變電所電力綜合自動化系統構成組件主要包括分布式保護測控裝置、MCU（微控）主控單元、現場總線、通訊管理設備、智能檢測設備、后臺計算機、遠程操控設備等[4-5]。數據收集和開關控制是整個系統的關鍵構成要素，對于確保綜合自動化系統實時匯集現場第一手數據，并借由數據分析，實現對現場設備的遠程智能操控至關重要。整個系統通訊組件包含現場總線和以太通訊2種形式，分別用于連接遠程控制終端和前端監測裝置，從而確保不同電氣設備與MCU主控單元及遠程計算機的有效連接。遠程控制系統是整個系統的核心組件，能對電氣設備各運行數據進行實時的遠程采集，并對其進行智能處理與分析，從而實現對各終端設備的有效操控，并在出現故障后立即報警。此外，后臺配設有數據庫，能對監測數據和操控信息進行有效存儲。

3硬件系統設計

3.1主控單元現場總線

MCU主控單元通過現場總線與各分布式測控裝置、開關控制系統、數據采集系統等進行數據傳輸[6]。這種連接方式不僅具備良好的拓展性和靈活性，還能將各通訊設備和監控終端組合起來，形成一個上下有序的分布式系統。此次設計所用現場總線采用CAN總線通訊方式，其理論上具備無窮個節點，不同節點之間均可進行自由通信，以實現不同結構間的資源共享，大幅減少電纜布設量的同時實現數據的高效傳輸。

3.2監控數據采集系統

數據采集系統構成包括模擬量采集系統、開入量采集系統、脈沖量采集系統等。其中模擬量主要包含電流、電壓、功率等交流信號；開入量主要包括信號輸入、開關、刀閘等位置信號；脈沖量主要包括一些不連續的突變電壓與電流信號。

3.2.1模擬量采集圖2為模擬量采集系統結構框架示意圖。作業時，外部強交流電信號通過轉換裝置轉化為弱交流電信號，并通過信號放大電路U和集成多路模擬開關MUX及A/D轉換裝置（模擬數字轉換裝置），轉化為能被主控單元MCU處理的數字信號，最后再通過對數字信號的計算分析獲得電流電壓有效值，求得相應的有功功率和無功功率，并將這些數據遠程傳輸至計算機中心進行智能處理，從而實現控制功能。作業中，整個采集系統最高能實現對12路模擬量數據的同步收集，效率極高。

3.2.2開入量及模擬量采集圖3為開入量采集結構示意圖。作業時，主控單元MCU收集外部開入量時，必須進行預處理，一般采取在采集電路中增設光電隔離裝置的方式，減小外部信號干擾，確保信號準確無誤。此外，為規避信號采集錯誤導致誤報現象的出現，針對開入量的采集應在所需軟硬件上配用去抖動措施。針對脈沖量的采集選用抗干擾濾除法進行脈沖，只有脈沖寬度高于預設寬度時方能計數，否則視為干擾信號，不予采集，采集到的脈沖信號實時累計后上傳至MUC主控單元。

4軟件系統設計分析

對變電所電力綜合自動化系統而言，其配套的上位機監控軟件要能實現對變電所各類設備運行數據的實時收集和在線顯示，同時要配套數據庫，將各類數據存儲起來，方便隨時調閱。此外，軟件還應具備良好的數據處理和人機交互功能，便于遠程操控。基于這些需求，上位機監控軟件采用C++語言作為編程語言，以Windows系統作為軟件運行環境，以SQL（結構化查詢語言）數據庫構造系統數據庫，整個軟件體系采取模塊化和面向對象的設計理念，結合生產實際作業中所需實現的各項功能，對軟件進行針對性設計，逐一搭建相應功能模塊，各功能模塊要包含有相應的子系統。圖4為上位機軟件結構框架示意圖。5結語井下變電所作為礦井生產作業有效開展的關鍵前提，確保其運行的持續、穩定至關重要。礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產中積極組織專業技術人員開展針對性分析探究，構建有效的綜合自動化系統，實現對變電所設備運行的有效監測和遠程操控，確保其高效運轉，為礦井綜合效益的提升提供堅實保障。

參考文獻：

［1］楊玉超.變電站綜合自動化與監控軟件開發［J］.計算機產品與流通，2020(3)：65.

［2］賈婷.6kV變電站綜合自動化防護設備的研究［J］.機械管理開發，2020，35(2)：187-188.

［3］房瑞閣.淺談電氣工程中電力綜合自動化系統與變電站繼電保護［J］.科技創新導報，2019，16(35)：45.

［4］陳貴州.基于DSP的變電站綜合自動化控制系統研究［J］.電子科技，2020(9)：1-5.

［5］馬薇.IFIX在煤礦自動化變電站中的開發與應用研究［J］.山東煤炭科技，2019(1)：149-151.

［6］劉紅英，王秋里.煤礦變電站電力綜合自動化系統［J］.煤礦機電，2019，40(5)：15-17.

作者：付佳偉 單位：大同煤礦集團公司大斗溝煤業公司