浅析煤矿变电所基于“无人值守”的实际应用

浅析煤矿变电所基于“无人值守”的实际应用

唐俊飞

神华神东煤炭集团公司柳塔煤矿内蒙古鄂尔多斯

摘要：为加快矿井自动化、智能化建设步伐，神东柳塔煤矿通过改造实现了矿井主要变电所的无人值守，改变了原有传统的固定场所安放岗位工的管理模式，实现了设备运行状态及运行参数远程监测与控制。本文主要介绍了煤矿井下无人值守变电所自动化系统的构成、所采用的关键技术、应用软件、智能元件，及无人值守变电所自动化“三遥”的实现。从而达到降低劳动强度、降低运行成本、延长设备使用寿命、提高了工作效率及安全性等目的。在新常态下煤矿面临新的发展趋势值得推广使用。

关键词：煤矿；变电所；三遥；自动化

0引言

柳塔煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，井田面积13.62平方公里，年生产能力300万吨/年。供电系统是柳塔煤矿生产的关键系统，承担着向煤矿井下综采工作面、掘进工作面、矿井供排水泵房和地面工业工厂等电力负荷中心提供电源的责任。柳塔煤矿地面和井下共有5座大型变电所，经过自动化改造之后，所有变电所实现了自动化“三遥”，即遥控、遥测和遥信，真正实现了无人值守。

1系统构成

无人值守变电所是利用矿井综合自动化系统网络、在传统的变电所高低压开关柜内配置智能模块、在地面生产调度中心的上位机上安装相关的组态软件和通信软件而实现的，其控制系统如图1所示。

（1）信息层

采用以太网，用于全矿的数据采集和程序维修，通过实施企业资源管理系统，将企业各方面的资源充分调配、平衡和控制，通过柔性的生产计划实现及时生产，全面、实时控制业务过程、信息支持决策以及支持创新体系。

（2）控制层

采用控制网、DH+网等通信技术，通过实时I/O控制、控制器互锁和报文传送，实现全系统的高效集成。

（3）设备层

设备网，底层的设备低成本、高效率信息集成，达到了减小费用和方便安装之功效。

三级网络之间的互联互通将由带背板通信功能的ControlLogix网关来桥接或传送网络之间的控制及信息数据，通过软件编程配置，实现异构网络之间及异型数据库之间的无障碍贯通。

2.2ControlLogix平台技术

在ControlLogixEthernet/IP阵容中包含了1个Ethernet/IP桥路模件、1个Ethernet/IP通信接口模件、RSLinx软件包和1个Ethernet/IP通信接口收发器。ControlLogix平台提供了一种基于机架的模块化组件结构，通信是ControlLogix平台的核心。通过ControlLogix的无源数据总线背板消除了通信瓶颈现象。ControlLogix的无源数据总线背板采用生产者/客户技术，可提供高性能的确定性的数据传送。

可以使用单独的通信接口模块来实现背板与Ethernet、ControlNet、DeviceNet、DH+和普通远程I/O链路之间的接口。在ControlLogix背板上安插多个通信接口模块，就可在Ethernet、ControlNet、DeviceNet和DH+网络之间组态一个网关来桥接和传送控制数据及信息数据。其特点：（1）背板允许多个处理器模块并存；（2）完全模块化设计；（3）允许带电插拔模块；（4）信息数据高速传送；（5）I/O寻址能力大，最多可达128000个I/O；（6）通过Ethernet、ControlNet和DeviceNet网络将处理器连接起来，实现分布式处理；（7）通过ControlNet、DeviceNet和RI/O链路可将远离处理器的分布式I/O连接起来。

3应用软件

3.1上位机组态软件RSview32

RSview32是基于Windows的自动化监控软件平台，使用它开发的监控应用软件能够在Windows操作系统上流畅运行，能够创建、运行数据采集、监控应用软件。RSView32包括创建人机界面软件所需的各种工具，包括实时动画显示、历史曲线和数据报警等。

3.2通信软件Rslinx

Rslinx是将Allen-Bradley网络和设备连接到MicrosoftWindows操作环境中的真正32位的应用软件。它的应用范围包括设备编程和配置，例如编程软件RSLogix和RSNetWorx、人机界面RSView32等的数据采集软件。RSLinx也具有高级的数据优化功能和一整套诊断功能，同时也是一个OPC和DDE服务器。

3.3应用程序开发平台软件RSLogix5000

RSLogix5000软件支持ControlLogix架构，是Logix5550处理器的编程软件，该处理器是AllenBradley公司新一代的控制产品。RSLogix5000软件包是建立在易于使用的RSLogix5000的梯形图编辑器基础上，提供具有新架构特点的编程环境，运行在MicrosoftWindowsNT的操作环境中。

4智能元件

4.1电力监测模块PM3000

PM3000是高度集成化的微处理器电力监控模块，它能够取代很多分立的互感器和测量装置。其测量参数全面，包括对相电流和线电流、平均电流（正序、负序）、电流不平衡度（%）、线电压、平均线电压（正序、负序）、电压不平衡度（%）、频率、相序（ABC，ACB）、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电度计量、需求（A、W、VAR和VA）、计划需求（A、W、VAR和VA）、IEEE标准谐波率、IEC标准谐波率等的测量，同时具有多达45000条的可组态的趋势记录和多种通信方式（RS232、RIO、DeviceNet、Ethernet、ConrtrolNet）。其性能指标：（1）电压、电流、功率的测量和显示；（2）测量结果的刷新率为40～65ms；（3）每一周波采样90次；（4）标准RS485DF1通信接口；（5）可选通信包括：RS232DF1、远程I/O、DeviceNet、以太网CIP/CSP和ControlNet；（6）10个可配置设定点；（7）通过内置继电器输出或PLC控制输出；（8）具有供培训使用的演示模式；（9）通过输入接口监控输入；（10）基于时间标签的系统测量和事件的数据记录；（11）事件记录可达50个，参数最小值/最大值记录74个；（12）在开关柜上可直接安装，无需专门的附件；

4.2小型输入输出模块FLEXI/O

FLEXI/O是一种灵活的、价格低廉的I/O系统，它虽然体积小，但却具有大型模块化机架式I/O的功能和特点，可以方便地安装在电气或机械设备内，采集设备信号并加以输出控制，而无需将设备的信号和控制通过控制电缆取出接入机架I/O中。其本身并不配备控制器，而只有通信适配器，本系统适配器采用DeviceNet通信协议。

5无人值守变电所三遥的实现

井下变电所的高、低压开关柜装配上PM3000、FLEX等智能元件，即可实现变电所的遥控、遥信、遥测，即“三遥”功能。

5.1高压开关柜的遥控

如图2所示，高压开关柜的就地分、合闸是通过高压开关柜柜体上的分闸（SP）和合闸（ST）按钮来实现的。遥控分、合闸的实现是通过在开关柜原有分、合闸回路中增加远控条件实现的，即：当开关柜的远控、就地选择旋钮（KK）的选择档位在“远控”，01和11接通。只要当地面集控室的操作员在上位机画面上登录该变电所开关柜分、合闸画面时，通过上位机画面上的“合闸”按钮，发出合闸命令，变电所的控制器接收到该指令，就会通过DeviceNet管理模块将合闸指令发给开关柜内装设的FLEXI/O模块上，FLEX的输出模块就会将合闸中间继电器（PHJ）吸合，PHJ的辅助常开接点闭合，开关柜的合闸回路带电，开关柜的合闸电机带电，带动相关的合闸机构将开关柜合闸。同样，当开关柜的远控、就地选择旋钮的选择档位在“远控”，操作员在集控室发出“分闸”指令，FLEX的输出模块就会将分闸中间继电器（PFJ）吸合，脱扣线圈得电，实现开关柜的分闸。当开关柜电气保护继电器动作，例如：开关柜过流、速断、漏电等保护动作时，可以使开关柜分闸。同时上述保护信号接入FLEX的输入模块，通过上位报警报出故障类型，给操作员提示，可以快速诊断故障，为快速恢复故障提供参考。