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(qū)域和職工生活區(qū)的供電電源，礦區(qū)的各類負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供電區(qū)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(chǎn)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(xiàn)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(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(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(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)一二次設備的運行狀態(tài)和負荷情況。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，增加工作責任心。

圖1變電站綜合自動化系統(tǒng)結構

1. 制度建設

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(jīng)驗、學歷、身體素質(zhì)等方面的影響，值班人員對相關規(guī)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(nèi)容包括煤礦變電站相關的國家和行業(yè)標準、行業(yè)安全規(guī)程和現(xiàn)場運行規(guī)程、新投產(chǎn)設備的說明書等。學習方式包括課程學習、現(xiàn)場操作和考試等?？己酥贫鹊慕ㄔO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(fā)生。學習考核是指將值班員的業(yè)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(zhì)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(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(zhí)行效率不高；三是設備的運行環(huán)境周圍存在煤塵污染問題，設備老化現(xiàn)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(lián)系的橋梁，線路的安全穩(wěn)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(chǎn)和人身安全的重要環(huán)節(jié)。變電站運行人員應當熟悉站內(nèi)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(xiàn)安全隱患；四是嚴格執(zhí)行電纜的采購標準，對電纜的容量和長度等關鍵參數(shù)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(fā)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?qū)е掠臀唤档停l(fā)現(xiàn)這些問題應當及時放油或補油。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)象的電容器應當立即停用更換。對于室內(nèi)布置的電容器組，要定期檢查照明、通風等設施，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)定運行關系到整個變電站其他設備的運行安全。直流系統(tǒng)一點接地的影響不大，但是當系統(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(nèi)的高壓開關柜內(nèi)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(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(xiàn)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(xiàn)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(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(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，導致鐵心感抗發(fā)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(fā)生諧振，此時相當于電壓互感器的感抗和線路容抗并聯(lián)在母線上，并聯(lián)諧振導致電壓互感器承受很大過電壓，嚴重時會導致繞組發(fā)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(lián)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(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(nèi)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(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?，F(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、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(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(yī)用衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務、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)結構

系統(tǒng)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(jiān)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(xiàn)場智能網(wǎng)關RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關和交換機等設備。智能網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(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)上傳至對應的服務器端口，網(wǎng)絡故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

應用層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器，若變電所數(shù)量小于30個則應用服務器和數(shù)據(jù)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(wǎng)關主動傳送過來的數(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(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、負荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，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(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數(shù)查詢。

5.4.6視屏監(jiān)控

視屏監(jiān)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(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備各回路相應采集間隔運行參數(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任務管理

任務管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態(tài)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(shù)據(jù)，對變壓器負荷、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(wěn)定運行具有一定意義。

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