浅谈煤矿变电所运行管理与变电所运维云平台
摘要：各地煤矿的生产、运输以及管理等各环节均需要来自电能的支持，变电所可以处理高压端电能，服务于煤矿工作，保证煤矿工作井然有序。基于此，本文分别就煤矿变电所的运行、煤矿变电所的管理展开论述，给出运行规范化、运行智能化、保证管理全面性、提升安全管理水平等建议，以期通过分析明晰理论，为后续煤矿变电所运行与管理工作的开展、优化提供参考。
关键词：煤矿变电所；运行规范化；安全管理；量化管理指标
0、前言
煤矿变电所可分为井上变电所和井下变电所，其主要作用是从电力系统中接受和汇集电源、变换电压、交换功率，为全矿分配电能。煤矿变电所主要设施包括配电装置、电力变压器、控制设备、自动保护装置、通信设施与补偿装置等。现代煤矿生产作业以及日常行政等工作消耗的电能逐步增加，大型煤矿尤其如此，需要针对性加强煤矿变电所的运行与管理，对相关内容加以分析十分必要。
1、煤矿变电所的运行
1.1实现运行规范化
煤矿变电所的运行，首先需实现规范化，以保证各项工作条目清晰，各类问题得到及时的发觉，也便于落实责任，综合提升煤矿变电所的运行效率。要求在实际工作中将变电所的工作拆分为若干单元，每个单元的工作内容均予以罗列，并理清其工作流程，出具运行规范，保证各项工作能够在规范约束下具体进行。如变电所的电力变压器，须给出其额定工作参数，以规范参数标准进行设备采购、调试。以10kV变压器为例，其工作参数如表1所示。
当变压器工作参数超出标准工作值后，应予以检查，了解是否存在异常，并给予处理。其他环节工作同样如此，规范化是煤矿变电所运行的基本要求。
1.2实现运行智能化
智能化是现代电力系统发展的趋势之一，煤矿变电所的工作职能与常规变电所/站是类似的，但由于工作环节特殊，可在现有基础上谋求实现运行的智能化，在此提出分布式监控方案。在煤矿井上、井下变电所的各个关键位置放置智能设备，收集目标对象的工作信息，实时进行分析，了解变电所运行态势。该措施的关键点是单片机的识别能力，要求以降维训练的方式，收集不同监测对象的工作模型，在定义域内作机器训练，之后将结果输入单片机中保存，当系统异常时，智能设备以传感器做信息实时收集，由单片机识别该异常，再以有线通信的方式进行信息传输，便于人员发现运行中的问题，及时进行处理。
1.3实现运行质量提升
运行质量的提升，以工作的规范化作为基础，以智能化技术的应用为核心手段，要求结合煤矿工作的实际需要，拟定运行标准要求，并以阶梯递进的方式，逐步进行运行质量的优化。如电压稳定性，假定某煤矿变电所此前电压异常波动的幅值为5.0%，以规范化运行为工作要求，该矿更新了旧式设备，完善了工作流程，再通过智能设备进行实时监测，了解电压不稳的原因，做进一步处理，使电压异常波动的幅值在6个月内降低为4.0%。在此基础上，继续提升工作质量，要求在未来六个月内将电压异常波动值降低到3.5%的水平，不断优化煤矿变电所的工作成效。运行质量的递进式提升，还要求强化运行监督，除智能设备的实时监测外，可以对此前工作资料进行分析，收集同级别变电所大数据，同步对智能设备收集所获数据进行积累，以数据作为支持，了解影响、降低煤矿变电所工作质量的原因，作为下一阶段运行处理的重点。
2、煤矿变电所的管理
2.1保证管理全面性
尝试优化煤矿变电所的管理，基本措施是保证管理工作的全面性。在此前统计资料中，部分煤矿由于工作压力大，对变电所工作的关注程度不足，管理上存在疏失，如设备运维工作不到位、老化设备没有及时更换，可能造成煤矿电压不稳，甚至酿成安全事故。后续工作中，应以规范化运行作为基础，将各个工作环节罗列出来，再以拓扑学原理对所有环节进行深度处理，明确所有工作环节的组成要素，展开精细化的管理。如设备运维，牵涉到配电装置、电力变压器、控制设备、自动保护装置、通信设施与补偿装置；变压器又包括主变压器和分变压器；分变压器又包括井上变压器和井下变压器。各要素得到明确后，再安排人员进行管理，拟定管理流程和条目，使煤矿变电所的管理能够全面进行。
2.2提升安全管理水平
安全管理是煤矿变电所管理的重点内容，在常规运行、全面管理的基础上，要求提升安全管理的有效性。以上文（1.2）所述的智能化运行为手段，以智能设备收集变电所工作中的数据信息，进行安全性评估。如静电的传导，静电持续富集、超出安全标准，可能对变电所工作设备产生威胁，甚至会增加井上部分遭遇雷击的风险。以智能设备了解变电所周边湿度、带电粒子的富集程度等信息，自动进行安全评估，便于管理人员及时作出处理，将静电导入地下，做到防患于未然。其他环节的安全管理同样如此，以智能设备为依托，有效进行危险辨识，保证、提升煤矿变电所的安全管理水平。
此外，为求提升煤矿变电所安全管理以及综合管理的效率，建议拟定量化管理指标，便于管理人员直观了解管理工作的不足，作针对性加强。变电所各项工作均取百分制，得分在80以上，评定为“”；得分在70-80分之间，评定为“良好”；得分在60-70分之间，评定为“合格”；得分在60分以下，评定为“较差”。以量化指标评估结果进行变电所管理的针对性优化。
3、安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台
3.1概述
基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据一个，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收报警，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
3.2应用场所
适用于电信、金融、交通、能源、医疗卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。
3.3系统结构
系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。
感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄像头、开关量采集装置等。除摄像头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。
传输层：包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至*的服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。
应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址，以接收各智能网关主动传送过来的数据。
展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。
3.4系统功能
3.4.1用能月报
用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，查询跨度可设置为月。
3.4.2站点监测
站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。
3.4.3变压器状态
变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。
3.4.4运维
运维展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。
3.4.5配电图
配电图展示被选中的变电所的配电信息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。
3.4.6视频监控
视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。
3.4.7电力运行报表
电力运行报表显示选定站所选定设备各回路*采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。
3.4.8报警信息
对平台所有报警信息进行分析。
3.4.9任务管理
任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。
3.4.10用户报告
用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析，并列出在该周期内巡检时发现的各类缺陷及处理情况。
3.4.11APP监测
3.12APP支 电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。
3.5系统硬件配置
| 应用场合 | 型号 | 外观图 | 型号、规格 |
| 变电所运维云平台 | AcrelCloud-1000 |
| AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据一个，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收报警，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。 |
| 网关 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。 |
| 扩展模块ANet-485 | M485模块：4路光耦隔离RS485 | ||
| 扩展模块ANet-M4G | M4G模块：支持4G全网通 | ||
| 中压进线 | AM6-L |
| 三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护 |
| APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示； | |
| 中压进线 | APView500 |
| 相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压／电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动／闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G,16D0+22D1,通讯 2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口，支持U盘读取数据，支持61850协议。 |
| 中压馈线 | AM6-L |
| 三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护 |
| APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示； | |
| 低压进线 | AEM96 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级；工作温度：-10℃～+55℃；相对湿度：≤95不结露 |
| 低压出线 | AEM72 |
| 三相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、低压出线分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3x1.5(6)A,有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 |
| ADW300 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） | |
| 无线测温 | ATE-400 |
| 合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5安培,测温范围－50-125℃,测量精度±1℃;传输距离空旷150米 |
| ATC-600 |
| 两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m,ATC600-C可接收ATE系列传感器、 AHE等传输的数据，1路485,2路报警出口。 | |
| 环境温湿度 | WHD |
| WHD温湿度控制器产品主要用于中高压开关柜、端子箱、环网柜、箱变等设备内部温度和湿度调节控制。工作电源：AC/DC85～265V工作温度：-40.0℃～99.9℃工作湿度：0RH～99RH |
| 水浸传感器 | RS-SJ-*-2 |
| 接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC10-30V工作温度：－20℃+60℃工作湿度：0%RH~80%RH响应时间：1s继电器输出：常开触点。 |
| 摄像机 | CS-C5C-3B1WFR |
| 支持720P高清图像，支持分辨率可达到130万像素（1280*960)内置麦克风与扬声器具有语音双向对讲功能，支持萤石云互联网服务，通过手机、PC等终端实现远程互动和视频观看。 |
| 烟雾传感器 | BRJ-307 |
| 光电式烟雾传感：电源正极（DC12V):+12V 继电器输出：常开触点 |
| 门禁 | MC-58(常开型） |
| 常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度，干接点输出。 |
| 配套附件 | ARTU-K16 |
| 常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度干接点输出 |
| KDYA-DG30-24K |
| 输出DC24V;24V电源 |
4、总结
综上，煤矿变电所的运行与管理是一项长期工作，要求以现代化思维保证运行与管理的质量。运行方面，首先要求强调规范化，在此基础上谋求技术突破，尝试运行智能化，后提升运行质量。管理方面，鉴于变电站工作的重要性，应首先确保管理实现全覆盖，之后提升安全管理水平，并通过量化指标使管理工作长期有序的进行。后续工作中，可参考上述措施，保证煤矿变电所的工作成效。
参考文献
[1]郝明月,张豪,高磊.煤矿采区泵房、变电所及水仓快速掘进技术研究与应用[J].能源与环保.
[2]张晓会.煤矿井下变电所供电开关信息智能采集板的硬件设计[J].山西能源学院学报.
[3]贠永．煤矿变电所的运行与管理[J].科技
[4]安科瑞企业微电网设计与应用设计,2022,05
作者简介
翟雪玲，女，现任职安科瑞电气股份有限公司。