浅谈35千伏煤矿变电站运维管理系统和故障处理
摘要为了减少35kV煤矿变电站运行中的安全隐患或事故针对其运行特点提出了相应的管理措施煤矿变电站存在运行人员素质低管理制度不完善设备老旧和防误技术不完善等问题本文从人员管理制度建设和设备检修角度提出了相应的管理建议
关键词井下35kV变电站安全管理故障处理制度建设
0引言
煤矿井35kV变电站是煤矿井下办公区域和职工生活区的供电电源矿区的各类负荷都依赖变电站的安全稳定运行变电站如果出现误操作断路器跳闸等事件将引起相应供电区域停电严重时还可能导致变电站操作人员和井下煤炭生产人员的人身事故本文总结了35kV变电站人员管理制度建设设备检修和防误操作管理等方面的特点并针对各类型的现状给出了相应的管理建议对减少电气误操作提高变电站的安全管理水平具有一定作用
1运行特点
由于供煤矿35kV变电站是煤矿企业供电电源在运行过程中存在以下特点人员方面变电站值守人员少操作技能不足制度方面变电站管理制度较落后执行效率较低运行环境方面变电站建设于煤矿附近存在煤尘污染问题防误操作方面主要依赖电气防误由于上述特点的存在变电站可能存在的隐患有运行人员自身职业素质或安全意识导致误操作等事件管理制度缺陷导致长期存在安全隐患设备服役年限较长或检修周期较长导致的设备故障由于电气防误操作技术不够完善在电气元件损坏的情况下操作人员易发生误操作
- 人员管理
煤矿井下煤矿变电站的工作环境较为偏僻长期在站内封闭环境值守的人员容易存在情绪麻痹责任心下降等现象在遇到操作或者事故处理时容易出现误操作因此在运维值班模式上要转变管理方式目前35kV变电站的值班模式分为有人值班模式和无人值班模式值班模式要考虑变电站的设备状况交通便捷程度等情况对于值班周期较长的变电站要适当缩短轮换周期保障值班人员的休息时间和情绪稳定煤矿变电站值班人员的技能水平参差不齐目前大部分在运行的煤矿变电站配置了综合自动化系统如图1所示综合自动化系统能使值班人员通过后台监测站内一二次设备的运行状态和负荷情况综合自动化系统为变电站值班人员提供了便利的同时也对变电站的值班人员提出了新的工作内容和要求综合自动化系统包括监控主机MCU主控单元现场总线以及各类测控和保护装置等在变电站巡视和检查维护中要注意综合自动化装置的运行状态对指示灯液晶显示屏网线和监控软件等进行维护检查对于不熟悉微机操作和保护装置操作的值班人员要加强培训增加工作责任心
主机 站内其他 智能设备 | 打印机 打印机 | ||
工程师维护工作站 以太网 | |||
调度 Modem MCU主控单元现场总线 | |||
现场总线 馈线 保护 测控 装置 | 线路 保护 测控 装置 | ||
主变 差动 保护 | 主变 后备 保护 测控 装置 | | 电容 器保 护测 控装 置 |
图1变电站综合自动化系统结构
- 制度建设
通过对煤矿由于煤矿变电站的人员和设备等原因在安全管理制度的建设和落实方面存在一些问题制度建设包括学习制度和考核制度由于煤矿变电站值班人员的经验学历身体素质等方面的影响值班人员对相关规程和操作设备的熟悉程度不同因此要建立完善的学习制度学习内容包括煤矿变电站相关的国家和行业标准行业安全规程和现场运行规程新投产设备的说明书等学习方式包括课程学习现场操作和考试等考核制度的建设包括安全考核和学习考核安全考核是指要将变电站安全运行情况与值班员绩效评价挂钩以此增强值班员的安全意识减少电气误操作事件的发生学习考核是指将值班员的业务水平考试成绩与值班员绩效评价挂钩以此提高值班员的学习热情保障学习质量为了提高变电站的安全性和可靠性学习制度和考核制度的落实至关重要制度的落实离不开安全生产管理部门的监督和变电站管理部门的配合在制度落实之初出现各类问题要及时反馈建立有效的沟通渠道可通过现场调研座谈会事故分析会等方式进行
- 故障分析与处理
煤矿由于煤矿生产运行年限长开采范围扩大和井下电气设备新增升级等因素的影响煤矿35kV变电站的设备运行存在以下特点一是电气主接线形式上不断变化新间隔和老间隔并存同时还存在退役设备二是设备的维护和检修周期不固定检修计划执行效率不高三是设备的运行环境周围存在煤尘污染问题设备老化现象明显针对上述设备问题对煤矿35kV变电站的线路变压器电容器和直流装置等提出下列设备检修管理建议
4.1电力电缆
线路是变电站与煤矿用电设备联系的桥梁线路的安全稳定运行直接关系到煤矿用电安全特别是直通井下的线路更是关系到生产和人身安全的重要环节变电站运行人员应当熟悉站内所有出线的接线方式负荷情况和电缆走向等对架空线路应当注意检查是否存在异物悬挂对电缆线路应当着重检查电缆绝缘是否完好针对电力线缆的常见故障种类等其工作要点一是对接地点电阻超过正常范围的电缆接头套上金属屏蔽层二是及时清理电缆沟道里面的异物对排水通风等定期进行检查特别是在夏季避免因高温引起的电缆故障三是对新建的电缆隐蔽工程要进行严格验收避免出现安全隐患四是严格执行电缆的采购标准对电缆的容量和长度等关键参数要反复确认
4.2主变压器
主变压器是变电站的核心设备一旦发生故障停用则可能直接导致煤矿大面积失去电源变压器的运行中应着重检查油位绕组温度和绝缘封包等问题夏季变压器可能由于温度高导致油位增高冬季可能由于温度低或者漏油等原因导致油位降低发现这些问题应当及时放油或补油夏季或者生产旺季主变压器可能运行于温度高过负荷等状态下要加强主变油位油温的巡视主变压器可能因重瓦斯动作或差动保护动作而发生跳闸针对各种情况的跳闸要熟悉故障特征提前制定事故处理流程和送电操作步骤
4.3电容器
电容器是为系统提供无功功率的器件起到稳定电压和提高功率因数的作用电容器在运行中容易出现接头发热外壳变形和漏油等现象因此要在巡视中注意观察电容器的外观并配合进行红外测温及时发现隐患对于出现上述现象的电容器应当立即停用更换对于室内布置的电容器组要定期检查照明通风等设施对于室外布置的电容器组特别注意检查电容器网门是否完好防止小动物进入
4.4直流装置
变电站直流装置是为保护装置控制装置和照明等供电的电源其安全稳定运行关系到整个变电站其他设备的运行安全直流系统一点接地的影响不大但是当系统出现两点接地时就容易出现保护装置误动或者拒动引起甩负荷或者故障范围扩大等后果直流装置在运行中容易发生直流接地故障特别是在雨季空气潮湿如果出现绝缘下降的情况变电站运行人员应当检查各回路并及时处理避免造成更大事故
4.5真空断路器
变电站内的高压开关柜内普遍装设的断路器为真空断路器它将工作电流置于真空泡中进行灭弧具有免维护寿命长适用于频繁操作体积小重量轻的优点真空断路器经常发生的故障主要有真空泡灭弧性能下降分闸回路短路或断路以及分合闸不同期等在运行中由于真空泡的真空度不受外部检测手段约束因此在产生缺陷时无法及时发现等到下次断路器动作时才能表现出故障真空泡的真空度降低以后会导致灭弧性能下降严重时可能导致断路器爆炸真空泡真空度下降的原因有两方面一是本身出厂时波形管存在漏点二是安装操作连杆的距离过远导致断路器操作中出现弹跳和超行程等问题分闸回路故障会导致保护装置无法分断故障电流造成现场设备烧毁和越级跳闸常见的原因有分闸线圈烧毁操作电源电压低分闸杆变形等真空断路器的分合闸不同期需要专业测试工具一般煤矿变电站少有此类检测手段因此较难在早期发现
4.6电压互感器
电压互感器经常出现的故障有铁磁谐振导致绕组烧毁操作不当引起的二次反送电等在正常运行的电力系统中电压互感器只承受工作电压不经过工作电流并且设计上避免了谐振影响因此较少存在发热等缺陷在某些特殊情况下电压互感器的铁心会饱和导致铁心感抗发生变化当电压互感器感抗和线路对的容抗相等或接近时会发生谐振此时相当于电压互感器的感抗和线路容抗并联在母线上并联谐振导致电压互感器承受很大过电压严重时会导致绕组发热甚至爆炸电压互感器二次反送电就是当一条母线检修时该条母线的电压互感器在停电操作时二次没有断开在其它电压互感器与之形成串联回路时电压互感器会向母线反送电导致在母线上或者电压互感器上工作的检修人员电击危险为了防止出现这种情况一是在停电操作时做好安全措施拉开二次空开在检修未完成时严禁合闸送电二是在检修刀闸特别是母线刀闸时继电保护人员应和一次检修人员一起工作确保二次回路接线正确
4.7防误操作管理
防误操作主要指的是变电站内设备的五防功能即防止误入带电间隔防止误拉合断路器防止带地线合隔离开关防止带负荷拉合隔离开关防止带电挂接地线传统的变电站采用电气防误闭锁措施一般通过电气二次回路中继电器辅助接点位置变化实现煤矿变电站内的开关柜具有基本的机械或电气闭锁逻辑例如断路器小车位置和接地刀闸之间存在机械闭锁断路器小车在运行位置时不允许拉合接地刀闸接地刀闸和开关柜后柜门之间存在电磁闭锁接地刀闸在分位时无法打开后柜门只有接地刀闸在合位时电磁锁才能打开从而打开后柜门以上的防误手段均为设备自带存在机械装置和电磁装置元件损坏的风险现代变电站普遍配置了微机防误系统如图2所示通过电脑钥匙电子编码锁等方式对站内开关电容器网门地线等元件进行防误闭锁可有效降低误操作风险在防误闭锁装置管理上要健全管理制度在确实需要解锁操作时需要通过安全管理部门履行相应的解锁手续避免随意解锁
防误主机
打印机
后台机
机械编电编锁销地线桩地线头闭锁盒验电器状态监视器码锁码锁
图2微机防误闭锁系统组成
5安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台
5.1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屏场景等需求实现数据一个中星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警报并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作
5.2应用场所
适用于电信金融交通能源医用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
5.3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影头开关量采集装置等除摄影头外其它设备通过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指定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
5.4系统功能
5.4.1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
5.4.2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
5.4.3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
5.4.4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
5.4.5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
5.4.6视屏监控
视屏监控展示了当前实时画面（视屏直播）选中某一个变配电站即可查看该变配电站内视屏信息
5.4.7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指定采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计
5.4.8警报信息
对平台所有警报信息进行分析
5.4.9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
5.4.10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警报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失及处理情况
5.4.11APP监测
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失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屏曲线温湿度同比环比电能质量各种事件警报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
5.5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屏场景等需求实现数据一个中星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警报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ModbusRtuModbusTCPDL/T645-1997DL/T645-2007CJT188-2004OPCUAModbusTCP（主从）104（主从）建筑能耗SNMPMQTT（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（IUkWkvarkWhkvarhHzcosΦ）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种警报类型及外部事件（SOE）各16条事件记录支持SD卡扩展记录2-63次谐波2DI+2DO RS485/ModbusLCD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（IUkWkvarkWhkvarhHzcosΦ）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种警报类型及外部事件（SOE）各16条事件记录支持SD卡扩展记录2-63次谐波2DI+2DO RS485/ModbusLCD显示 | ||
低压进线 | AEM96 | 三相电参量UIPQSPFF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3×156A有功电能精度05S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U1PQSPFF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3x156A,有功电能精度05S级无功电能精度2级 | |
ADW300 | 三相电参量UIPQSPFF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）ABCN四路测温1路剩余电流测量支持RS485/LoRa/2G/4G/NBLCD显示有功电能精度05S级 | ||
无线测温 | ATE-400 | 合金片固定CT感应取电启动电流大于5A,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路警报出口 | ||
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-400℃～999℃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 | |
摄影机 | CS-C5C-3B1WFR | 支持720P高清图像*高支持分辨率可达到130万像素（1280*960内置麦克风与扬声器具有语英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屏观看 | |
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 |
6结语
35kV煤矿变电站是煤矿生产办公和生活区域的电力来源其安全稳定运行是煤炭生产办公和职工生活的基本保障本文从人员制度设备和防误操作等方面总结了煤矿变电站的特点针对各类型特点给出了相应的管理建议对煤矿变电站的安全稳定运行具有一定意义
参考文献
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[4]雷崔蓉.煤矿35kV变电站运行管理的几点探讨[J].成都技术与市场2018,2510:195-196.
[5]赵鑫.35千伏煤矿变电站运维管理和故障处理
[6]安科瑞企业微电网设计与应用设计,2022.05版
