摘要:沙河中关铁矿大搞技术创新，对井下-260的中央配电室及开关柜实施了智能化综合监管系统改造，实现了设备运行状态从自动感知、自动识别、自动分析到自动控制的无缝衔接，大大提高了数据采集、运算、分析和预判的可靠性，在提高供电可靠性的同时，供电系统的自动化、智能化再次提升，为井下生产提供了安全稳定的能源支撑，有力地支持了矿石开采的稳产高产。取得了非常显著的技术效果。

　　关键词:高压开关柜,智能化监管,无源传感器,无线监测装置

　　中国式现代化是一个信息技术与传统产业深度融合的新时代。在冶金矿山行业，以计算机与微电子为基础的自动化控制技术已经无处不在，极大地促进了采矿业生产科技水平的提高。在多个专业应用传感技术实现机电一体化和控制柔性化的趋势下。矿山电力供应的智能化更应先行一步。对电气设备系统运行过程中的状态实施24小时不间断在线自动监测，早期发现事故征兆，使设备运行的安全性和稳定性越来越高。

　　在矿井下-260中央配电室，对高压配电开关柜实施了智能化综合监管系统改造，对监测到的温度、湿度、泄漏电流、雷击、振动等重要参数实时分析，及时捕捉异常信号，实现了设备运行状态的自动感知、自动识别、自动分析和自动控制的无缝衔接，大大降低了人工监测的工作量，大大提高了数据采集、运算、分析和预判的可靠性，为井下采矿生产提供了安全可靠的能源支撑，取得了非常显著并且值得推广的技术效果。

　　1井下-260高压配电站智能化监测改造的必要性

　　沙河中关铁矿属于黑色金属矿采选行业。地处冀南太行山东麓的丘陵地带，海拔约223米。地表变电站的进站电压为35kV，出站电压为10kV，以一根240mm2的高压电缆输入“井下-260”中央配电室。-260顾名思义，就是建在井下海拔-260米的深度。站内的33面高压开关柜向井下-110通风系统、-170-230采矿系统、-245运输系统、-409溜破系统共计10个配电室进行供电，高压配电开关柜是该站的核心设备。由于承受10kV高电压的开关柜及其辅助设备长期工作于地下，其在电能传输时对环境的温度、湿度和防雷、防尘、防腐等条件要求很高。生产任务紧迫时的超载运行、电弧的反复冲击、触点的逐渐氧化、接触电阻的不断增大等，往往会在开关设备内部的尖端或连接处产生局部放电，电能转化热能就会提高设备温度，即出现发热问题。随着时间的推移，局部放电会日益频繁，发热问题会日益加剧，日积月累，会破坏开关柜内的元件的绝缘性能，如果不能及时发现并加以控制，设备将会随时发生击穿漏电等恶性事故。一旦事故停电，不仅影响生产进度，更重要的是要危及井下人员的生命安全。因此，对设备运行实施智能化和自动化监测，在出现事故征兆时能够立即报警，是减少和避免井下事故、保证安全生产的必然选择。

　　2高压电气开关柜智能化改造的技术要求

　　高压电气开关柜的智能化改造，必须要做到高压电能输送及开闭工作状态的在线监测。通过相关传感器装置获取监测部位的温度、湿度、避雷器漏电、凝露状态、烟感、水浸及水位等准确信息，实现数据采集、数据存储、监测表、趋势查询、数据库记录、自动报警和通信提醒等功能。

　　选用的智能化自动监测系统主要由无源无线测温传感器、局部放电传感器、避雷器监测装置、现场通信设备和监控平台等构成。其中，无源无线测温系统主要分为三个层次，即无线传感器为感知层、无线接收终端为网络层、数据服务器及后台为应用层。局部放电传感器采用脉冲电流法原理，并具有防水、耐高温、抗强电磁和耐老化等特征。避雷器监测装置实时监测记录其泄漏电流的发生频次和流量。现场通信设备采用定向无线网络与移动互联网组网，可将现场监测数据实时迅速准确地上传到服务器。后台采用BS结构,提供对采集的原始数据的查询、计算和加工，按需要形成日报、月报和年报等各种报表。监控平台通过业务模块开发，具有数据库兼容功能和数据分析功能，在移动互联终端的支持下，实时在线监测，监测数据分析、越限报警等功能一应俱全。

　　3高压开关柜智能化综合监管系统的设备构成
       3.1无源无线测温传感器

　　无源就是不设电源，高压开关柜及其周围的工频电场和磁场能量非常密集，且电场强于磁场很多，通过微电子技术将电磁能量转化为电源，解决了低功耗传感器的能量需求，省去了直流电池的使用。缩小了传感器体积，可随意安装在动触头等狭小的空间内。无线是靠电磁传输信号。无源无线温度传感器是对高压开关柜实施智能化综合监管的主角，对高压触头、刀闸开关、电缆接头等多个部位的温度执行在线监测，将高压开关柜内外的温度监测技术提升到一个新的高度。

　　3.2开关柜局放监测装置

　　高压开关柜设备的局部放电现象缘于其接触点多、触点氧化和时常过载等因素。新安局放监测装置的最大优势，一是“三合一”即采用特高频、超声波、暂态地电波三合一监测技术；二是“二合一”即加温湿度二合一技术融合；三是可同时兼容外部供电和电池供电功能,电池是不可充电的静态损耗极低的工业电池,能够在在高、低温环境下满足3年左右的稳定运行;四是结构简单，可结合配电柜实际情况采用吸附式安装，易部署、免维护、适应性强、安全可靠、使用寿命长。

　　3.3无源无线避雷器监测器

　　在高压交流电力系统中，避雷器的作用非常重要。传统的监测器都是通过指针式毫安表和机械式计数器来指示漏电流和雷击次数,需要定时人工巡检来查看数据。无源无线避雷器监测器又称避雷器漏电流及动作记录器，与氧化锌避雷器配套使用，串接在避雷器的接地回路中。用于监测运行电压下通过氧化锌避雷器的漏电流,监测当前漏电流值、雷击和过电压动作次数等。可以判断避雷器内部元件是否因受潮产生异常等情况,无源无线器用传感器具有无线数据发送功能,通过数据接收终端上传到后台,免去了人工巡检。

　　3.4低压智能综合感知终端装置

　　综合感知终端是新一代物联网用电数据采集设备,可对常规电力设备单/三相电压、电流、功率实时监测与控制,同时还具备电能质量监测(电压跌落、谐波等)、电气安全监测(电缆温度、泄漏电流等)、故障监测(故障分析、故障录波、故障告警)等功能。产品测量全面的用电数据,并通过互联网网关上送到智慧管理平台。该智能综合感知终端装置的创新点：一是采用模块化架构，各种功能模块根据需要可以自由组合,功能扩展便利;二是可同时提供常规的电气设备的监测功能，如电压、电流、功率、电度等信息;三是提供扩展监测功能,包括谐波、电压暂降、故障录波、电气安全(回路温度、漏电流监测)等相关功能;三是无需开关辅助接点,智能区分短路脱扣与人工断电,智能识别开关状态；四是自带物联网网关和分布组合式终端。在站内采用RS485有线通讯方式与电力物联网关设备链接。同一箱/柜内的分布组合式感知终端通过插接式总线连接,即可完成通信连接,同箱/柜的一组设备只需对外提供一个RS485接口,方便通信接线;五是具备本地存储能力,可存储故障录波、SOE、谐波统计报表、历史数据能力,可至少记录一周时长的历史数据,保障故障停电时数据不丢失;六是功能强大。除了温度越限、需量越限和谐波越限外,其它与电流、电压测量值相关的告警和事件,装置都能将同时产生的电压、电流有效值和状态量录波。当探测到回路发生电弧故障时,同时将启动瞬时值故障录波,录波长度为故障前3周波,故障后2周波。

　　3.5网络通讯中继器

　　其主要作用是将收集到的数据通过RS485传送给后台，无线数据收发;支持多种通讯方式。无线通讯中继器采用LCD显示、集无线数据接收、发射和RS485数据传输为一体。通过此通讯中继器,可以轻松实现联网管理。该设备内部采用低功耗数据传输模块、集成度高、灵敏度高、传输距离远、抗干扰强等特点。AC/DC110~220V作为电源输入;RS485接口可单独作为输入、输出和MODBUS通信;以太网/光纤通信设有两个端口供自行选配;设有RF1、RF2天线用于接收或转发信号。

　　3.6配电室综合监测显示装置

　　针对电力、电气设备连接点温度变化、局放,避雷器泄漏电流变化等故障隐患,无法实时监测电气设备内部运行状态,因此设计了能够实时监测温度、避雷器泄漏电流及雷击次数、局放等信息的无线数据接收终端。使值班人员可以直观地掌握综合监测信息。显示装置采用超低功耗设计、RF无线隔离、光电隔离技术,具有抗干扰能力强、工作可靠、隔离彻底等特点,使得高电压状态下配电室的综合数据监测技术升华到一个新的高度。

　　3.7智能电力物联网监测主机

　　该机主要功能，一是进行设备的状态筛选。可以对监测点全部在线设备、全部离线设备、部分离线设备和有报警的设备进行筛选显示。二是可以选择本系统内的一个具体项目,站点列表就仅显示该项目的所有站点。三是系统会根据该设备对应的模型弹出该设备的详细监测页面。

　　3.7.1项目监测

　　站点监测分为“数据监测”“一次图监测”“实时报警”“历史报警”“历史趋势”“统计报表”,综合辅助电网分析柜体的运行状态以及潜在隐患。

　　3.7.2温度曲线

　　通过温度曲线图的查询可以看到某个历史时刻温度的精确数据;也可以通过历史曲线变化,辅助电网分析柜体运行状态,制订设备维护维修计划。

　　3.7.3报警显示

　　一是实时报警，显示该站点的实时报警页面,显示该站点所有单元设备下的传感器当前报警监控信息。二是历史报警，显示该站点的历史报警页面,显示该站点所有单元设备下的传感器历史报警记录详细信息。可按日、月、年、自定义四个时间段查询。

　　3.7.4报警统计

　　一是统计纬度,可按单元设备、报警级别、报警组三个纬度统计分析。二是报警次数统计，将时间段内的报警次数按柱状图进行直观展示。三是报警分类统计，根据查询报警统计时间和统计纬度,将时间段内的报警根据统计纬度按饼状图进行直观展示。四是时段统计，显示统计时间段内以及全部时段的报警统计列表。五是统计报表的导出，显示该站点所有单元设备下的监测点记录的统计报表,支持自定义选择监测点,查询起止时间,间隔时间以及查询纬度(最大值、最小值、平均值、瞬时值),并支持导出。

　　4高压配电室开关柜智能化综合监管系统主要的检测技术
      4.1三相故障电弧探测技术

　　故障电弧是引起电气火灾的最直接原因,故障电弧发生时会在正常负载电流上叠加故障电弧特征信号。感知终端以边缘计算技术,植入三相故障电弧特征识别算法,可以自主独立实现故障电弧精准检测,起到防患于未“燃”的快速、准确的关键作用。

　　4.2精准谐波分析

　　在电气设备维护高质量用电环境中,根据智能感知记录的谐波、录波、电量等信息。可以分析供用电系统各电气设备在不同工况,以及不同运行方式下电能质量的影响,从而更优配置治理装置,安排合理检维修计划。

　　4.3实现电能安全监测

　　通过用电三相平衡度的实时检测,及时提醒正确接插用电设备,确保三相平衡用电,减低不平衡电流的发热危险,减少不平衡对电能质量的影响,提高用电效率,提高安全性。

　　4.4漏电及电弧检测

　　通过对漏电及电弧的实时检测,及时发现电缆及设备的绝缘损伤,密切监视损伤发展趋势,及时预警,有效降低漏电及电弧引发人身伤害和电气火灾的几率。通过故障电弧检测能够有效发现潜在电气安全隐患;故障电弧是引起电气火灾的重要成因。智能监测终端具备三相独立的“故障电弧”检测识别和录波功能,可发送“A(B/C)相燃弧”告警并记录故障电弧波形,运检人员可通过装置告警排查故障点,避免电气火灾发生,防患于未“燃”。

　　通过故障信息智能判别故障类型,快速定位故障点;智能监测终端具备“短路故障”检测识别和故障录波功能,可发送“短路跳闸”告警,运检人员可快速判断停电是否由短路引起,从而降低火灾发生几率。而且装置具有故障信号示功能,方便运维人员快速定位故障点。

　　5结语

　　通过对井下-260高压配电站智能化综合监测改造，实现了对配电室开关柜及其辅助设施运行状态的实时监控,实现了提前预警、故障分析、快速处理的目的。现场应用层电能供应更加稳定，有力地支持了矿石开采的稳产高产。值得一提的是，通过改造实践，不仅提升了企业整体电力供应的技术水平，同时也实现了公司“机械化减人，自动化去人”的目标，最终实现井下配电室无人值守；在提高供电可靠性的同时，人工成本也大大降低。