浅谈煤矿变电站运维管理系统和故障处理

程瑜187 02 112087

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

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。

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。

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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[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。

作者简介

程瑜，现任职与安科瑞电气股份有限公司