淺談35千伏煤礦變電站運維管理系統(tǒng)和故障處理

安科瑞 陳聰

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(yīng)的管理措施。煤礦變電站存在運行人員素質(zhì)低、管理制度不完善、設(shè)備老舊和防誤技術(shù)不完善等問題，本文從人員管理、制度建設(shè)和設(shè)備檢修角度提出了相應(yīng)的管理建議。

關(guān)鍵詞：井下35kV變電站；安全管理；故障處理；制度建設(shè)

0、引言

煤礦井35kV變電站是煤礦井下、辦公區(qū)域和職工生活區(qū)的供電電源，礦區(qū)的各類負(fù)荷都依賴變電站的安全穩(wěn)定運行。變電站如果出現(xiàn)誤操作、斷路器跳閘等事件將引起相應(yīng)供電區(qū)域停電，嚴(yán)重時還可能導(dǎo)致變電站操作人員和井下煤炭生產(chǎn)人員的人身事故。本文總結(jié)了35kV變電站人員管理、制度建設(shè)、設(shè)備檢修和防誤操作管理等方面的特點，并針對各類型的現(xiàn)狀給出了相應(yīng)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(yè)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(zhí)行效率較低；運行環(huán)境方面，變電站建設(shè)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(yè)素質(zhì)或安全意識導(dǎo)致誤操作等事件；管理制度缺陷導(dǎo)致長期存在安全隱患；設(shè)備服役年限較長或檢修周期較長導(dǎo)致的設(shè)備故障；由于電氣防誤操作技術(shù)不夠完善，在電氣元件損壞的情況下操作人員易發(fā)生誤操作。

1. 人員管理

煤礦井下煤礦變電站的工作環(huán)境較為偏僻，長期在站內(nèi)封閉環(huán)境值守的人員，容易存在情緒麻痹、責(zé)任心下降等現(xiàn)象，在遇到操作或者事故處理時容易出現(xiàn)誤操作。因此在運維值班模式上要轉(zhuǎn)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(shè)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(dāng)縮短輪換周期，保障值班人員的休息時間和情緒穩(wěn)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(tǒng)，如圖1所示。綜合自動化系統(tǒng)能使值班人員通過后臺監(jiān)測站內(nèi)一二次設(shè)備的運行狀態(tài)和負(fù)荷情況。綜合自動化系統(tǒng)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(nèi)容和要求。綜合自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控主機、MCU主控單元、現(xiàn)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(tài)，對指示燈、液晶顯示屏、網(wǎng)線和監(jiān)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(xùn)，增加工作責(zé)任心。

圖1變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1. 制度建設(shè)

通過對煤礦由于煤礦變電站的人員和設(shè)備等原因，在安全管理制度的建設(shè)和落實方面存在一些問題。制度建設(shè)包括學(xué)習(xí)制度和考核制度。由于煤礦變電站值班人員的經(jīng)驗、學(xué)歷、身體素質(zhì)等方面的影響，值班人員對相關(guān)規(guī)程和操作設(shè)備的熟悉程度不同，因此要建立完善的學(xué)習(xí)制度。學(xué)習(xí)內(nèi)容包括煤礦變電站相關(guān)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)安全規(guī)程和現(xiàn)場運行規(guī)程、新投產(chǎn)設(shè)備的說明書等。學(xué)習(xí)方式包括課程學(xué)習(xí)、現(xiàn)場操作和考試等?？己酥贫鹊慕ㄔO(shè)包括安全考核和學(xué)習(xí)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(fā)生。學(xué)習(xí)考核是指將值班員的業(yè)務(wù)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(xué)習(xí)熱情，保障學(xué)習(xí)質(zhì)量。為了提高變電站的安全性和可靠性，學(xué)習(xí)制度和考核制度的落實至關(guān)重要。制度的落實離不開安全生產(chǎn)管理部門的監(jiān)督和變電站管理部門的配合。在制度落實之初出現(xiàn)各類問題要及時反饋，建立有效的溝通渠道，可通過現(xiàn)場調(diào)研、座談會、事故分析會等方式進行。

1. 故障分析與處理

煤礦由于煤礦生產(chǎn)運行年限長、開采范圍擴大和井下電氣設(shè)備新增、升級等因素的影響，煤礦35kV變電站的設(shè)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(shè)備；二是設(shè)備的維護和檢修周期不固定，檢修計劃執(zhí)行效率不高；三是設(shè)備的運行環(huán)境周圍存在煤塵污染問題，設(shè)備老化現(xiàn)象明顯。針對上述設(shè)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(shè)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(shè)備聯(lián)系的橋梁，線路的安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到煤礦用電安全，特別是直通井下的線路，更是關(guān)系到生產(chǎn)和人身安全的重要環(huán)節(jié)。變電站運行人員應(yīng)當(dāng)熟悉站內(nèi)所有出線的接線方式、負(fù)荷情況和電纜走向等，對架空線路應(yīng)當(dāng)注意檢查是否存在異物懸掛，對電纜線路應(yīng)當(dāng)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(fēng)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(yán)格驗收，避免出現(xiàn)安全隱患；四是嚴(yán)格執(zhí)行電纜的采購標(biāo)準(zhǔn)，對電纜的容量和長度等關(guān)鍵參數(shù)要反復(fù)確認(rèn)。

4.2主變壓器

主變壓器是變電站的核心設(shè)備，一旦發(fā)生故障停用則可能直接導(dǎo)致煤礦大面積失去電源。變壓器的運行中應(yīng)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(dǎo)致油位增高，冬季可能由于溫度低或者漏油等原因?qū)е掠臀唤档停l(fā)現(xiàn)這些問題應(yīng)當(dāng)及時放油或補油。夏季或者生產(chǎn)旺季，主變壓器可能運行于溫度高、過負(fù)荷等狀態(tài)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(fā)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(tǒng)提供無功功率的器件，起到穩(wěn)定電壓和提高功率因數(shù)的作用。電容器在運行中容易出現(xiàn)接頭發(fā)熱、外殼變形和漏油等現(xiàn)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(fā)現(xiàn)隱患，對于出現(xiàn)上述現(xiàn)象的電容器應(yīng)當(dāng)立即停用更換。對于室內(nèi)布置的電容器組，要定期檢查照明、通風(fēng)等設(shè)施，對于室外布置的電容器組，特別注意檢查電容器網(wǎng)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(wěn)定運行關(guān)系到整個變電站其他設(shè)備的運行安全。直流系統(tǒng)一點接地的影響不大，但是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)兩點接地時就容易出現(xiàn)保護裝置誤動或者拒動，引起甩負(fù)荷或者故障范圍擴大等后果。直流裝置在運行中容易發(fā)生直流接地故障，特別是在雨季空氣潮濕，如果出現(xiàn)絕緣下降的情況，變電站運行人員應(yīng)當(dāng)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(nèi)的高壓開關(guān)柜內(nèi)普遍裝設(shè)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(yōu)點。真空斷路器經(jīng)常發(fā)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(chǎn)生缺陷時無法及時發(fā)現(xiàn)，等到下次斷路器動作時才能表現(xiàn)出故障。真空泡的真空度降低以后，會導(dǎo)致滅弧性能下降，嚴(yán)重時可能導(dǎo)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(yuǎn)，導(dǎo)致斷路器操作中出現(xiàn)彈跳和超行程等問題。分閘回路故障會導(dǎo)致保護裝置無法分?jǐn)喙收想娏?，造成現(xiàn)場設(shè)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(yè)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(fā)現(xiàn)。

4.6電壓互感器

電壓互感器經(jīng)常出現(xiàn)的故障有鐵磁諧振導(dǎo)致繞組燒毀、操作不當(dāng)引起的二次反送電等。在正常運行的電力系統(tǒng)中，電壓互感器只承受工作電壓，不經(jīng)過工作電流，并且設(shè)計上避免了諧振影響，因此較少存在發(fā)熱等缺陷。在某些特殊情況下，電壓互感器的鐵心會飽和，導(dǎo)致鐵心感抗發(fā)生變化，當(dāng)電壓互感器感抗和線路對的容抗相等或接近時會發(fā)生諧振，此時相當(dāng)于電壓互感器的感抗和線路容抗并聯(lián)在母線上，并聯(lián)諧振導(dǎo)致電壓互感器承受很大過電壓，嚴(yán)重時會導(dǎo)致繞組發(fā)熱甚至爆炸。電壓互感器二次反送電就是當(dāng)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(lián)回路時，電壓互感器會向母線反送電，導(dǎo)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(xiàn)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(yán)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(yīng)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(nèi)設(shè)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(guān)，防止帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)，防止帶電掛接地線。傳統(tǒng)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(xiàn)。煤礦變電站內(nèi)的開關(guān)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(guān)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(shè)備自帶，存在機械裝置和電磁裝置元件損壞的風(fēng)險。現(xiàn)代變電站普遍配置了微機防誤系統(tǒng)，如圖2所示。通過電腦鑰匙、電子編碼鎖等方式對站內(nèi)開關(guān)、電容器網(wǎng)門、地線等元件進行防誤閉鎖，可有效降低誤操作風(fēng)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(yīng)的解鎖手續(xù)，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(tài)監(jiān)視器碼鎖碼鎖

圖2微機防誤閉鎖系統(tǒng)組成

5、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

5.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視屏場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中星，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)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(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

5.2應(yīng)用場所

適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)用衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統(tǒng)的新建、擴建和改建。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)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(jiān)測裝置、攝影頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝影頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至對應(yīng)的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。

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(tǒng)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(shè)置為月。

5.4.2站點監(jiān)測

站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。

5.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4運維

運維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)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(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運行參數(shù)查詢。

5.4.6視屏監(jiān)控

視屏監(jiān)控展示了當(dāng)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(nèi)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(shè)備各回路相應(yīng)采集間隔運行參數(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)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(wù)管理

任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點擊查看任務(wù)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(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、警報事件等進行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺失及處理情況。

5.4.11APP監(jiān)測

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)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(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件警報查詢，設(shè)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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6、結(jié)語

35kV煤礦變電站是煤礦生產(chǎn)、辦公和生活區(qū)域的電力來源，其安全穩(wěn)定運行是煤炭生產(chǎn)、辦公和職工生活的基本保障。本文從人員、制度、設(shè)備和防誤操作等方面總結(jié)了煤礦變電站的特點，針對各類型特點給出了相應(yīng)的管理建議，對煤礦變電站的安全穩(wěn)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(yīng)對策略[J].北京：當(dāng)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(dāng)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(shù)的應(yīng)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(shù)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(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用設(shè)計,2022.05版。