唐国茹 杨 军 季志才

(河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿，河北 遵化 064200)

0 引言

某矿山变电站始建于70年代，属终端用户型变电站，站内装有两台容量12 500 kVA变压器，两台变压器供给侧35kV电源分别引自两路高压线，分别经311、301和321、302接入变电站内两台主变，两台主变输出到601、602，再分别接入两段供电线路，然后分配到40余面高压配电柜。站内低压线路主要有通讯线路、直流回路和交流回路。变电站现具备两套交流供电方式，一套引自35kV侧所内变，另一套引自6kV侧所内变，在两套所内变电源均正常送电的前提下，一套出现问题，可自动切换到另一套运行，如果不能自动切换，需检查所内变是否投入，并手动切换。变电站直流回路电源引自交流回路，经3台整流装置和降压装置，变成直流电源，供给站内直流设备使用，直流系统设有监控装置，主要监视直流系统输入和输出电压、电流和直流系统绝缘情况，一旦出现问题，将发出报警，并有文字提示。变电站共有有线和无线两种通讯方式。

35kV变电站无人值守改造项目[7]，目的响应国家电网“变电站标准化管理模式”号召，加强变电站安全管理，提高矿山本质安全水平，同时缓解因矿山退休减员而造成的岗位人员空缺。从电力供应、安全运行和人员紧缺的综合角度考虑，必须对变电站进行无人值守改造[5]。

1 改造方案

1.1 具体方案内容

无人值守改造方案，主要是在现有变电站综合自动化监控状况的基础之上[1]，进行升级改造，并且完善视频监视系统，增设火灾报警系统和风机远程控制系统等内容。取消矿山变电站内固定值班操作人员，供电系统运行状况检测、视频监控和主要操作由变电站原控制室、矿山调度中心、变电站管辖部门监控室分工协作。变电站原控制室还保留操作权限；矿山调度中心可进行远距离停电，不可远距离送电；变电站管辖部门监控室不得进行任何操作，仅进行监视[2]。

1.2 变电站综合自动化监控系统升级调试

1)配备3台新电脑替换原后台监控系统的两台旧电脑，实现3个工作站监控供电系统，并且三点之间互为主备。

变电站现场有一套后台监控系统，结构形式为C/S ，针对当前数字矿山远程遥控的技术要求该系统实属落后，监控系统主机配置较低，并且电子元件的老化造成运行速度缓慢，故需对监控系统及主机进行更换，将矿山调度室、变电站管辖部门监控中心各增设一台主机作为工作站。

2)新增电度表峰谷平段电量统计接入功能，增设UT-5315型通讯管理机替换旧管理机，将站内全部电度表接入至后台系统形成耗电汇总表。

升级改造的后台监控系统具备数据采集与转发[3]、运行监视、控制、报警、计算、统计、事件与历史数据查询、报表管理、保护管理等，其中计算用于对遥测及遥信量的不足进行补充采集，对功率因数、负荷率等计算点(逻辑计算点、模拟计算点)与采集点(遥信、遥测、电度)在系统中具有相同的作用(如报警、存储等处理中)进行自定义公式计算。计算公式根据国网公司规定，可计算峰、平、谷值的电度数。

3)矿山变电站运行无人值守后，远程不得解锁。升级原有模拟五防操作系统为JOYO-B41型微机五防操作系统，实现在矿山调度指挥中心进行五防操作的各种规范要求。

(1)强制性五防闭锁：包括误拉合断路器、误入带电间隔、带负荷拉隔离开关、带电挂地线或合接地刀闸、带地线(接地刀闸)合隔离开关五项误操作功能。并且完善了倒母线操作、旁路母线充电及线路侧验电等闭锁的功能。全面完善了模拟预演、权限管理、唯一操作权、实时逻辑和闭锁元件五层防线，对误操作进行多层防范。

(2)设备对位：系统通过界面上的模拟元器件获取当前工作状态，且通过监控系统接收实际遥信或对位记忆，校验界面上各元器件的状态是否与实际状态相符，若不同则自动刷新重新定位。

(3)五防模拟操作：在防误装置上进行模拟操作时，依据站内主接线设备防误操作图及全部功能内容，指引操作完成正确操作步骤。

(4)发送和存储操作票：模拟操作结束后，系统将最后一次正确操作全过程内容(一次操作票)自动保存并传送至电脑钥匙中，一次操作票中的内容为相关的一次设备、二次操作部分。

(5)五防闭锁：依据电脑钥匙所提供的信息，倒闸操作工开始倒闸操作，对违背五防或与票中不符的操作，电脑钥匙会进行强制闭锁，错误操作类别也是依据内部来进行判断划分，且以声光报警方式提醒操作员。

(6)汇报对位功能：电脑钥匙在倒闸操作顺利完成后插入传输口，随后反馈操作后的实际信息给电脑，确保界面上的设备状态与现场设备实际状态保持一致。在整个操作的全过程中，每个操作步骤都有语音提示，提醒操作人员正确操作，使得操作过程简单明了。

(7)同时操作多个任务功能：可实现多个操作人员并行倒闸操作作业，相互联系每个操作队伍，排除了倒闸过程中各个任务之间彼此的先后顺序顾虑。

(8)通讯接口功能：可以实现与任一监控系统接口，能够实现远方操作及在线监控操作的各种方式下可资源共享一次设备的强制闭锁及设备状态。

(9)防误系统软件功能：对已完成的模拟开票任务，使用预演功能对操作内容进行全程播放，快速熟悉正确的操作过程，并把操作票全部内容传送至电脑钥匙，以便对设备的解锁及操作进行正确的步骤。

4)变电站二次设备备用电源采用蓄电池，主要对台操作机构、事故照明等重要设备进行电源供应。现有蓄电池蓄电能力减弱，有全站失压的可能性，操作故障等隐患，因此更换蓄电池。同时，直流屏蓄电池也处于老化阶段,较原有性能大幅降低,职工维护工作量增多,故障率明显升高,急需更换。

1.3 视频监控系统安装调试

在矿山35 kV变电站内遍布各关键区域，安装由红外网络摄像机、硬盘录像机、传输线路、交换机以及监视器组成视频监控系统，实现对重要关键部位实时视频监视[4]。设置安装网络摄像机数量为16台，实现“遥视”系统，能够实时、快速的掌握变电站整体运行情况，发生异常情况时能及时作出应急反应，切实有效地提高变电站的整体安全水平。监视部位布置情况：矿山变电站四周外墙安装4台，形成环路；电容室内安装一台；变电站院内，配电室外安装两台；配电室内安全位置安装9台，掌握整个变电室内情况，见图1。

图1 变电站综合自动化监控示意图

1.4 火灾报警系统的安装与调试

火灾自动报警系统采用主要包括火灾探测装置、手动报警触发装置、声光报警装置、火灾报警控制器和与之对应的通讯模块等的区域报警系统，该系统出现烟雾、火灾险情、超温情况及时报警，如图2所示。

图2 火灾报警控制器系统图

1)火灾探测器：通过研究学习电力变电站火灾特性情况，将光电感烟探测器以点式进行分布，火灾报警系统控制器接入两套探测总线，探测器的设置数量必须大于等于计算值，光电感烟探测器安装间隔按极限曲线 D1～D11 规定的范围。

N=S/K×A

(1)

式中：N—光电感烟探测器数量，只，N应取整数；S—该光电感烟探测区域面积，m2；K—修正系数；A—光电感烟探测器的保护面积，m2。

根据该变电站实际情况，将测温式电气火灾监控探测器主要安装在电缆端子及接头等易发热区域，按变电站实际现状宜采用可恢复式缆式线型感温探测器，线型感温火灾探测器采用直接接触式的敷设方式对变电站电缆沟内部动力电缆进行实时探测；缆式线型感温火灾探测器应采用“S”形敷设在各层电缆的表面上。每一条回路的终端均配有终端盒及转换盒，输入到相应模块并且连接火灾报警系统的控制器。

2)手动报警装置：手动火灾报警装置安装在矿山变电站内部安全位置的墙壁上，安装位置距地面高度达到1.3 m，并且两套探测总线接入到火灾报警系统的控制器中，巡视电工发现有火灾隐患时，利用手动报警器向变电站管辖部门监控中心发出报警信号，并启动声光报警器。

3)声光报警器：在变电站管辖部门监控中心和变电站值班室各安装一台声光报警装置，设置在建筑内部拐角的明显部位，声压级不小于 60 dB，能够达到对火灾隐患及时作出应急反应。

4)火灾报警控制器：火灾报警系统控制器是系统的最核心装置，具备智能化总线，分回路两条，512个地址点数，配备继电器有源输出8路。

1.5 排风机远程控制安装调试

采用SIEMENS S7-200 SMART 系列 PLC 做为控制器的集中联锁控制形式，风机的启动/停止等操作与火灾报警系统进行联锁，调度室可以远程启停变电站现场电缆沟内的两台轴流风机，并且实时掌握风机运行状况。

2 改造施工，严格控制危险源

由于35 kV变电站无人值守改造施工过程，在安装烟雾传感器及火灾报警系统时，安装位置距高压柜目排较近，并且在变电站运行中进行，必须安全距离不够的注意事项。在施工时首先由技术人员与施工单位进行了安全技术交底，明确带电位置；其次在每一部分施工内容实施前，提前做好相应部位的停电及倒闸操作，确保安全施工的基础上，保证了井下矿山一级负荷工地按要求及变电站对外输出供配电任务完成。通过安全措施的严格执行，使得整个改造过程中未发生任何事故，保证了安全施工。

3 结语

该项目对矿山变电站无人值守领域发挥了促进作用，对其它矿山也具有重要的借鉴意义，可在同类型矿山中进行推广应用，经济、安全和社会效益巨大[8]。