井下变电所设备远程监控报警系统应用

白伟伟

(山西汾西矿业(集团)有限责任公司 双柳煤矿，山西 柳林 033300)

煤矿井下变电所主要为采掘、运输以及通风等机电设备提供电力，具体可分为中央变电所、采区变电所两类[1]。随着矿井采掘、运输等设备的更新换代，井下机电设备机械化、自动化程度不断提升，对供电系统的稳定性、可靠性提出了更高要求[2]。井下供电负荷分布分散，使用场所存在粉尘、瓦斯等安全隐患，加之部分工作人员操作不规范，时有井下供电事故发生。供电事故发生时，变电所内配电开关常会出现一定的征兆，如温度升高、电流变压异常等[3-6]。变电所如采用人工值守方式，会存在自动化程度低、应激性差等问题，使得地面监控中心无法实时掌握井下变电所运行情况。为此，文中提出一种远程监控报警系统，通过该系统可实现对变电所内设备的运行情况进行监测，并将监测结果传输至地面监控中心，不仅可降低供电系统的故障发生率，而且可实现故障的精准定位。

1 远程监控报警系统结构及功能

1.1 系统结构

远程监控报警系统采用集散型(DCS型)分布式计算机进行监控，包括井下监控站(布置在各变电所)以及地面监控主站(布置在监控中心)两部分，见图1。

图1 远程监控报警系统结构

井下监控站与变电所内设备采用RS-232方式进行通信，通信设备均内嵌至井下监控站。监控站主要设备对变电所内设备的电流、电压、功率、温度以及分合闸情况等进行监测，获取到的信息暂时存储在控制器缓冲区内，后经以太网光纤网络传输至光端机实现光电转换，再将监测结果传输至地面监控主机。

地面监控主站通过专用软件控制井下变电站运行，可实现分闸操作(为了确保安全，合闸操作需人工进行)。远程监控报警系统独立于井下供电系统，当监控报警系统出现故障时不会影响井下正常供电。

1.2 系统功能及特点

1) 远程监控。系统可对变电所内开关柜等设备的电流、电压、功率、温度等参数进行采集，对开关柜的开断情况、继电保护动作等进行监控，并经专用通信线路传输至地面监控主站，监控主机会实时显示监测结果[7]。

2) 远程控制。地面监控主站可通过控制软件对断路器进行远程分闸操作，同时可通过地面监控主站对额定保护值进行修改。

3) 故障报警。当监测到变电所内设备运行参数接近额定保护值时，激发保护动作，监控系统会发出提示信息，提醒调度人员及时安排工作人员进行隐患排查；当运行参数超过额定保护值时，断路器实施分闸操作，监控系统发出声光报警，并指出异常参数及异常位置，便于工作人员进行故障诊断[8-9]。

2 远程监控报警系统硬件组成

2.1 硬件结构

远程监控报警系统硬件结构主要由通信线路元件、主控芯片以及测温电路元件等构成。通信线路有RS-485(基于ADM2587E芯片设计)、RS232(基于MAX3232ESE芯片设计)等；主控芯片以MSP430F5438单片机为基础进行设计；测温电路元件以DS18b20芯片为基础进行设计。

2.2 通信方式

现阶段该矿布置有CAN总线、光纤、RS-485、RS232等多种通信方式。根据矿井实际情况并考虑远程监控报警系统实际需要，井上监控主站及井下监控站间采用RS-485通信方式，采用二线制接线，传输距离为1 500 m。RS-485通信方式通过使用光电隔离技术可增加监测信号传输的效率及保真性。井下监控站采用RS-232通信方式，采用三线制接线，虽然该通信方式传输距离较短(一般在15 m以内)，但是由于监控设备、供电设备间距离较短，可满足现场通信需要。

3 远程监控报警系统软件组成

远程监控报警系统软件采用VB、C语言设计。前者主要编写窗口界面、后者编写底层接口交互界面。系统可在Windows7、Windows10上运行，内存占用小。通过软件可实时显示井下各变电所内设备的运行情况，并对监测到的参数进行比对，超过设定值即会发出报警信息。

为了提高监测数据的处理精度，软件采用中值法、比较取舍法以及平均法等多种算法对监测数据进行处理。

4 应用效果分析

山西某矿在井下变电所内布置远程监控报警系统，于2018年12月份安装、调试完毕，现已平稳运行超过2 a。在远程监控报警系统运行期间，系统未出现任何故障，各变电所设备监测数据真实、可靠，可在一定程度上提升井下供电系统可靠性。

2019年12月，由于井下生产调整，需要对局部供风机供电线路进行切换，在切换过程中导致变电所电流增加、相关设备温度偏高，远程监控报警系统及时发出报警信号后，监控中心安排专人前去变电所进行值守，对出现的问题及时处理，未出现供电系统故障。

由于采用远程监控报警系统可实时对井下变电所内各设备运行情况进行监测，从而实现井下变电所无人值守，仅需安排专门的巡检人员即可，在一定程度上可提升矿井供电系统的自动化水平，同时减少井下作业人员数量，节约成本。

5 结 语

1) 远程监控报警系统通过KTK(80)/104通讯分站对变电所内设备的电流、电压、功率、温度以及分合闸情况等进行监测，采用RS232实现井下监控站与监控设备的数据传输、RS-485实现井上下信息交互，并通过地面监控主机对监测结果进行分析、超过设定阈值后会发出报警信号。

2) 现场应用后，该远程监控报警系统可实现对变电所内设备的运行情况实时监测，且运行可靠，可在一定程度上提升矿井供电系统的可靠性。