宋兵兵
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801；
摘要：為了減少35kV煤礦變電站運行中的安全隱患或事故，針對其運行特點提出了相應的管理措施。煤礦變電站存在運行人員素質低、管理制度不完善、設備老舊和防誤技術不完善等問題，本文從人員管理、制度建設和設備檢修角度提出了相應的管理建議。
關鍵詞：井下35kV變電站；安全管理；故障處理；制度建設
0、引言
煤礦井35kV變電站是煤礦井下、辦公區域和職工生活區的供電電源，礦區的各類負荷都依賴變電站的安全穩定運行。變電站如果出現誤操作、斷路器跳閘等事件將引起相應供電區域停電，嚴重時還可能導致變電站操作人員和井下煤炭生產人員的人身事故。本文總結了35kV變電站人員管理、制度建設、設備檢修和防誤操作管理等方面的特點，并針對各類型的現狀給出了相應的管理建議，對減少電氣誤操作提高變電站的安全管理水平具有一定作用。
1、運行特點
由于供煤礦35kV變電站是煤礦企業供電電源，在運行過程中存在以下特點：人員方面，變電站值守人員少，操作技能不足；制度方面，變電站管理制度較落后，執行效率較低；運行環境方面，變電站建設于煤礦附近，存在煤塵污染問題；防誤操作方面，主要依賴電氣防誤。由于上述特點的存在，變電站可能存在的隱患有：運行人員自身職業素質或安全意識導致誤操作等事件；管理制度缺陷導致長期存在安全隱患；設備服役年限較長或檢修周期較長導致的設備故障；由于電氣防誤操作技術不夠完善，在電氣元件損壞的情況下操作人員易發生誤操作。
煤礦井下煤礦變電站的工作環境較為偏僻，長期在站內封閉環境值守的人員，容易存在情緒麻痹、責任心下降等現象，在遇到操作或者事故處理時容易出現誤操作。因此在運維值班模式上要轉變管理方式，目前35kV變電站的值班模式分為有人值班模式和無人值班模式。值班模式要考慮變電站的設備狀況、交通便捷程度等情況，對于值班周期較長的變電站，要適當縮短輪換周期，保障值班人員的休息時間和情緒穩定。煤礦變電站值班人員的技能水平參差不齊，目前大部分在運行的煤礦變電站配置了綜合自動化系統，如圖1所示。綜合自動化系統能使值班人員通過后臺監測站內一二次設備的運行狀態和負荷情況。綜合自動化系統為變電站值班人員提供了便利的同時，也對變電站的值班人員提出了新的工作內容和要求。綜合自動化系統包括監控主機、MCU主控單元、現場總線以及各類測控和保護裝置等，在變電站巡視和檢查維護中要注意綜合自動化裝置的運行狀態，對指示燈、液晶顯示屏、網線和監控軟件等進行維護檢查。對于不熟悉微機操作和保護裝置操作的值班人員要加強培訓，增加工作責任心。
|
主機 站內其他 智能設備 |
打印機 打印機 |
||||
|
工程師維護工作站 以太網 |
|||||
|
調度 Modem MCU主控單元現場總線 |
|||||
|
現場總線 饋線 保護 測控 裝置 |
線路 保護 測控 裝置 |
||||
|
主變 差動 保護 |
主變 后備 保護 測控 裝置 |
· |
電容 器保 護測 控裝 置 |
||
圖1變電站綜合自動化系統結構
通過對煤礦由于煤礦變電站的人員和設備等原因，在安全管理制度的建設和落實方面存在一些問題。制度建設包括學習制度和考核制度。由于煤礦變電站值班人員的經驗、學歷、身體素質等方面的影響，值班人員對相關規程和操作設備的熟悉程度不同，因此要建立完善的學習制度。學習內容包括煤礦變電站相關的國家和行業標準、行業安全規程和現場運行規程、新投產設備的說明書等。學習方式包括課程學習、現場操作和考試等。考核制度的建設包括安全考核和學習考核。安全考核是指要將變電站安全運行情況與值班員績效評價掛鉤，以此增強值班員的安全意識，減少電氣誤操作事件的發生。學習考核是指將值班員的業務水平考試成績與值班員績效評價掛鉤，以此提高值班員的學習熱情，保障學習質量。為了提高變電站的安全性和可靠性，學習制度和考核制度的落實至關重要。制度的落實離不開安全生產管理部門的監督和變電站管理部門的配合。在制度落實之初出現各類問題要及時反饋，建立有效的溝通渠道，可通過現場調研、座談會、事故分析會等方式進行。
煤礦由于煤礦生產運行年限長、開采范圍擴大和井下電氣設備新增、升級等因素的影響，煤礦35kV變電站的設備運行存在以下特點：一是電氣主接線形式上不斷變化，新間隔和老間隔并存，同時還存在退役設備；二是設備的維護和檢修周期不固定，檢修計劃執行效率不高；三是設備的運行環境周圍存在煤塵污染問題，設備老化現象明顯。針對上述設備問題，對煤礦35kV變電站的線路、變壓器、電容器和直流裝置等提出下列設備檢修管理建議。
4.1電力電纜
線路是變電站與煤礦用電設備聯系的橋梁，線路的安全穩定運行直接關系到煤礦用電安全，特別是直通井下的線路，更是關系到生產和人身安全的重要環節。變電站運行人員應當熟悉站內所有出線的接線方式、負荷情況和電纜走向等，對架空線路應當注意檢查是否存在異物懸掛，對電纜線路應當著重檢查電纜絕緣是否完好。針對電力線纜的常見故障種類等，其工作要點：一是對接地點電阻超過正常范圍的電纜接頭套上金屬屏蔽層；二是及時清理電纜溝道里面的異物，對排水通風等定期進行檢查，特別是在夏季避免因高溫引起的電纜故障；三是對新建的電纜隱蔽工程要進行嚴格驗收，避免出現安全隱患；四是嚴格執行電纜的采購標準，對電纜的容量和長度等關鍵參數要反復確認。
4.2主變壓器
主變壓器是變電站的核心設備，一旦發生故障停用則可能直接導致煤礦大面積失去電源。變壓器的運行中應著重檢查油位、繞組溫度和絕緣封包等問題。夏季變壓器可能由于溫度高導致油位增高，冬季可能由于溫度低或者漏油等原因導致油位降低，發現這些問題應當及時放油或補油。夏季或者生產旺季，主變壓器可能運行于溫度高、過負荷等狀態下，要加強主變油位、油溫的巡視。主變壓器可能因重瓦斯動作或差動保護動作而發生跳閘，針對各種情況的跳閘要熟悉故障特征，提前制定事故處理流程和送電操作步驟。
4.3電容器
電容器是為系統提供無功功率的器件，起到穩定電壓和提高功率因數的作用。電容器在運行中容易出現接頭發熱、外殼變形和漏油等現象，因此要在巡視中注意觀察電容器的外觀，并配合進行紅外測溫，及時發現隱患，對于出現上述現象的電容器應當立即停用更換。對于室內布置的電容器組，要定期檢查照明、通風等設施，對于室外布置的電容器組，特別注意檢查電容器網門是否完好，防止小動物進入。
4.4直流裝置
變電站直流裝置是為保護裝置、控制裝置和照明等供電的電源，其安全穩定運行關系到整個變電站其他設備的運行安全。直流系統一點接地的影響不大，但是當系統出現兩點接地時就容易出現保護裝置誤動或者拒動，引起甩負荷或者故障范圍擴大等后果。直流裝置在運行中容易發生直流接地故障，特別是在雨季空氣潮濕，如果出現絕緣下降的情況，變電站運行人員應當檢查各回路并及時處理，避免造成更大事故。
4.5真空斷路器
變電站內的高壓開關柜內普遍裝設的斷路器為真空斷路器，它將工作電流置于真空泡中進行滅弧，具有免維護、壽命長、適用于頻繁操作、體積小、重量輕的優點。真空斷路器經常發生的故障主要有真空泡滅弧性能下降、分閘回路短路或斷路，以及分合閘不同期等。在運行中，由于真空泡的真空度不受外部檢測手段約束，因此在產生缺陷時無法及時發現，等到下次斷路器動作時才能表現出故障。真空泡的真空度降低以后，會導致滅弧性能下降，嚴重時可能導致斷路器爆炸。真空泡真空度下降的原因有兩方面，一是本身出廠時波形管存在漏點；二是安裝操作連桿的距離過遠，導致斷路器操作中出現彈跳和超行程等問題。分閘回路故障會導致保護裝置無法分斷故障電流，造成現場設備燒毀和越級跳閘。常見的原因有分閘線圈燒毀、操作電源電壓低、分閘桿變形等。真空斷路器的分合閘不同期需要專業測試工具，一般煤礦變電站少有此類檢測手段，因此較難在早期發現。
4.6電壓互感器
電壓互感器經常出現的故障有鐵磁諧振導致繞組燒毀、操作不當引起的二次反送電等。在正常運行的電力系統中，電壓互感器只承受工作電壓，不經過工作電流，并且設計上避免了諧振影響，因此較少存在發熱等缺陷。在某些特殊情況下，電壓互感器的鐵心會飽和，導致鐵心感抗發生變化，當電壓互感器感抗和線路對的容抗相等或接近時會發生諧振，此時相當于電壓互感器的感抗和線路容抗并聯在母線上，并聯諧振導致電壓互感器承受很大過電壓，嚴重時會導致繞組發熱甚至爆炸。電壓互感器二次反送電就是當一條母線檢修時，該條母線的電壓互感器在停電操作時二次沒有斷開，在其它電壓互感器與之形成串聯回路時，電壓互感器會向母線反送電，導致在母線上或者電壓互感器上工作的檢修人員電擊危險。為了防止出現這種情況，一是在停電操作時做好安全措施，拉開二次空開，在檢修未完成時嚴禁合閘送電；二是在檢修刀閘特別是母線刀閘時繼電保護人員應和一次檢修人員一起工作，確保二次回路接線正確。
4.7防誤操作管理
防誤操作主要指的是變電站內設備的五防功能，即防止誤入帶電間隔，防止誤拉合斷路器，防止帶地線合隔離開關，防止帶負荷拉合隔離開關，防止帶電掛接地線。傳統的變電站采用電氣防誤閉鎖措施，一般通過電氣二次回路中繼電器輔助接點位置變化實現。煤礦變電站內的開關柜具有基本的機械或電氣閉鎖邏輯，例如斷路器小車位置和接地刀閘之間存在機械閉鎖，斷路器小車在運行位置時不允許拉合接地刀閘，接地刀閘和開關柜后柜門之間存在電磁閉鎖，接地刀閘在分位時無法打開后柜門，只有接地刀閘在合位時電磁鎖才能打開，從而打開后柜門。以上的防誤手段均為設備自帶，存在機械裝置和電磁裝置元件損壞的風險。現代變電站普遍配置了微機防誤系統，如圖2所示。通過電腦鑰匙、電子編碼鎖等方式對站內開關、電容器網門、地線等元件進行防誤閉鎖，可有效降低誤操作風險。在防誤閉鎖裝置管理上要健全管理制度，在確實需要解鎖操作時需要通過安全管理部門履行相應的解鎖手續，避免隨意解鎖。
防誤主機
打印機
后臺機
機械編電編鎖銷地線樁地線頭閉鎖盒驗電器狀態監視器碼鎖碼鎖
圖2微機防誤閉鎖系統組成
5、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺
5.1概述
基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視屏場景等需求，實現數據一個中星，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
5.2應用場所
適用于電信、金融、交通、能源、醫用衛生、文體、教育科研、農林水利、商業服務、公用事業等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。
5.3系統結構
系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。
感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝影頭、開關量采集裝置等。除攝影頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關RS485端口。
傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過交換機把數據上傳至的服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。
應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。
展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。
5.4系統功能
5.4.1用能月報
用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設置為月。
5.4.2站點監測
站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。
5.4.3變壓器狀態
變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。
5.4.4運維
運維展示當前用戶管理的有關變電所在地圖上位置及總量信息。
5.4.5配電圖
配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。
5.4.6視屏監控
視屏監控展示了當前實時畫面（視屏直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視屏信息。
5.4.7電力運行報表
電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。
5.4.8警報信息
對平臺所有警報信息進行分析。
5.4.9任務管理
任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。
5.4.10用戶報告
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、警報事件等進行統計分析，并列出在該周期內巡檢時發現的各類缺失及處理情況。
5.4.11APP監測
電力運維手機支持“監控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺失記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視屏、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件警報查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。
|
應用場合 |
型號 |
外觀圖 |
型號、規格 |
|
變電所運維云平臺 |
AcrelCloud-1000 |
|
AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視屏場景等需求，實現數據一個中星，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。 |
|
網關 |
ANet-2E4SM |
|
4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
|
擴展模塊ANet-485 |
M485模塊：4路光耦隔離RS485 |
||
|
擴展模塊ANet-M4G |
M4G模塊：支持4G全網通 |
||
|
中壓進線 |
AM6-L |
|
三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護 |
|
APM810 |
|
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； |
|
|
中壓進線 |
APView500 |
|
相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口，支持U盤讀取數據，支持61850協議。 |
|
中壓饋線 |
AM6-L |
|
三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護 |
|
APM810 |
|
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； |
|
|
低壓進線 |
AEM96 |
|
三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3×1。5(6)A，有功電能精度0。5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結露 |
|
低壓出線 |
AEM72 |
|
三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3x1。5(6)A,有功電能精度0。5S級，無功電能精度2級 |
|
ADW300 |
|
三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0。5S級 |
|
|
無線測溫 |
ATE-400 |
|
合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
|
ATC-600 |
|
兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE系列傳感器、 AHE等傳輸的數據，1路485,2路警報出口。 |
|
|
環境溫濕度 |
WHD |
|
WHD溫濕度控制器產品主要用于中高壓開關柜、端子箱、環網柜、箱變等設備內部溫度和濕度調節控制。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40。0℃～99。9℃工作濕度：0RH～99RH |
|
水浸傳感器 |
RS-SJ-*-2 |
|
接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點。 |
|
攝影機 |
CS-C5C-3B1WFR |
|
支持720P高清圖像，*高支持分辨率可達到130萬像素（1280*960)內置麥克風與揚聲器具有語英雙向對講功能，支持螢石云互聯網服務，通過手機、PC等終端實現遠程互動和視屏觀看。 |
|
煙霧傳感器 |
BRJ-307 |
|
光電式煙霧傳感：電源正極（DC12V):+12V 繼電器輸出：常開觸點 |
|
門禁 |
MC-58(常開型） |
|
常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度，干接點輸出。 |
|
配套附件 |
ARTU-K16 |
|
常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出 |
|
KDYA-DG30-24K |
|
輸出DC24V;24V電源 |
6、結語
35kV煤礦變電站是煤礦生產、辦公和生活區域的電力來源，其安全穩定運行是煤炭生產、辦公和職工生活的基本保障。本文從人員、制度、設備和防誤操作等方面總結了煤礦變電站的特點，針對各類型特點給出了相應的管理建議，對煤礦變電站的安全穩定運行具有一定意義。
參考文獻
[1]閆曉霞.煤礦35kV變電站運行問題及其應對策略[J].北京：當代化工研究，2020(17):165-166.
[2]王麗琴.煤礦35kV變電站運行管理研究[J].北京：當代化工研究，2020(17):171-172.
[3]段向煒.煤礦公司35kV變電站運行技術的應用與管理[J].北京：化工管理，2018(36):207.
[4]雷崔蓉.煤礦35kV變電站運行管理的幾點探討[J].成都：技術與市場，2018,25(10):195-196.
[5]趙鑫.35千伏煤礦變電站運維管理和故障處理
[6]安科瑞企業微電網設計與應用設計,2022.05版。
作者簡介：
宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監測系統， QQ：3007723194 手機：13482141563（微信同號）
