煤礦井下變電所高壓供電監控系統分析

李方興

【摘 要】隨著互聯網時代的到來和煤炭行業的安全局勢改善的持續需求，煤礦用設備現代化水平得到不斷加強，我國的大部分煤礦已逐步采用功能齊備的煤礦監控系統。在煤礦井下變電所在進行高壓供電工作處理方面，涉及過程中的數據測量以及系統運行參數的合理控制，對于故障的及時發現，防止停電等事故的發生有著嚴格的要求水準，因此對于煤礦井下變電設施及操作行為的實時監控是十分必要的。基于此，本文就針對煤礦井下變電所高壓供電監控系統展開分析。

【關鍵詞】煤礦井下；變電所；高壓供電；監控系統

一、煤礦井下變電所高壓供電監控系統的必要性

現代化的采煤完全依靠現代化機電設備的應用和管理，而礦井井下機電設備的動力主要是電力，因此，隨著采煤技術機械化程度的不斷提高，供電質量和可靠性的高低直接影響井下生產系統的各個環節，只有完善的供電網絡才能保證其高效率的工作。井下電網是一項敷設、維護都比較大的工程，變電所內的各種控制柜、變壓器、防爆開關等相對集中，而采區、掘進面、巷道等處的用電設備相對分散，形成了供電電纜的遠距離敷設。因用電設備本身故障或在機電設備的移動過程中供電電纜受擠、拉、砸等引起的漏電和短路造成的局部或整體斷電的情況經常發生，往往由于不能確切了解故障部位，檢修起來比較困難、誤時。因為任何時刻的突然斷電都會給井下的生產和設備維護帶來損失，所以理應避免。實際上避免是不可能的，只能通過快速、準確判定故障區間和故障類型，縮短處理時間，最大限度的減少斷電時間。而現實的狀況是大部分煤礦井下變電所內無人值班，井上的機電調度室也只有一兩部電話而已，井下出現供電問題時，只是靠撥打電話來聯系，缺少直觀可靠的故障顯現和定位設備，容易滯后、延誤處理時間，造成不必要的損失。因此，開發一套井下變電所高壓供電監控系統實時監測井下電網的各路電流、電壓工作狀況、真空配電開關的分合狀態以及環境溫度，在很短的周期內即可把這些參數顯示到地面計算機上是很有必要的。

二、煤礦井下高壓供電監控系統存在的問題

（一）設備層可靠性差

煤礦井下高壓電網主要由井下中央變電所和采區變電所的高壓供電設備構成。其中，在采區變電所，作為煤礦供電監控系統的一個重要組成部分，環境惡劣、設備布置分散，且存在瓦斯、煤塵爆炸的危險的環境，因而在井下建立涵蓋供電系統的監測、監控，實現無人值班或少人值班有一定的難度。

作為井下高壓電網監控系統最為關鍵的設備層來說，安裝在開關設備內的智能測控保護單元的可靠性和通訊性能是系統穩定運行的關鍵，而目前使用的同類產品基本不能同時具備這兩樣特性。大部分以90年代技術水平為基礎的產品，雖然經多年使用實踐，保護性能基本能可靠運行，但由于受硬、軟件平臺性能限制，在通訊性能上沒有大的突破。即使具備通訊功能的部分產品，也僅具有RS485通訊接口，引而不可避免帶有很大的局限性，無法滿足高壓電網監控系統的通訊要求。造成了目前井下高壓電網監控系統在采區變電所監控部分形成空白，或即使建設完成，也無法正常運行的狀況。

（二）在未結合實際情況，直接移植地面系統結構到井下工況中，適應性差

在目前已建的礦井電力監控系統中，涉及到井下供電監控系統的設計，往往采用照搬地面供電監控系統結構模式。但是，煤礦井下供電系統存在供電線路長、電網諧波復雜、設備分散、工況惡劣等特殊情況。在這種條件下，將地面系統結構直接移植到井下工況中，帶來很多問題。特別是因此造成的系統故障率高、維護復雜，導致系統作為形象工程多，實際正常運行的少。

三、煤礦井下變電所高壓供電監控系統分析

（一）系統方案的設計

系統一般采取分布式的結構設計方式，由四個部分組成：現場設備的間隔層測控及保護“一體化”的智能裝置；井下監控的智能接口電路和網絡；主機的監控；工業電視視頻的監控系統。采礦區的變電所無人值守的監控系統能夠對煤礦井下全部變電所進行實時測控。井下變電所配置的綜合自動化裝置，能夠對變電所里高壓配電裝置與低壓的饋電開關動態測控。綜合自動化裝置和監控主機經光纖由光電收發器連接，監控主機和煤礦井下變電所綜合自動化的裝置共同構成測控網絡。井上監控主機其作用是數據管理機，主要作用于信息的管理、參數的設置、供電系統的模擬圖顯示與遙測、遙控以及變電所環境的監視等等。

（二）系統功能

1.保護的功能：電流瞬時和限時速斷，過電流、漏電以及電機的保護。

2.報警的功能：系統具有電流越限和斷路器失靈以及瓦斯超限報警的功能等等。

3.測控的功能：系統遙信、遙調和遙控以及交流采樣遙測。

4.軟件的功能：主接線圖遠程監視，設備運行的數據監控，對綜合自動化的裝置上傳的所有遙測和遙信數據進行動態顯示；對設備的運行狀態進行監測，通過系統邏輯識別給自動分合閘下達控制指令；遠程診斷以及調整保護動作值和時限；對事故、報警、越限實時記錄；顯示和打印故障波形。

5.其他的功能：事故的錄波，對交流采樣技術實行采用動態跟蹤，省去傳統的直流變送器，記錄故障的波型，判斷故障的類型與故障點，對變電所環境動態遙視。

（三）系統的硬件設計

1.數據的通信網絡。井下變電所的綜合自動化的裝置，主要由一到四個的測控單元構成，CPU之間運用RS一485的現場總線；運用多模光纜進行連接，通信的介質選取16芯和8芯的屏蔽電纜，其傳輸距離能大于10km，通信的速率也大于9600bps。

2.煤礦井下變電所的綜合自動化裝置的設計。綜合自動化的裝置結構主要是由電源、CPU、光電隔離的交流采樣和光電的隔離開關量的采樣以及運動控制的模塊組成。

3.智能接口電路。將其設置在中央變電所，能夠接16個光端的接口，從而連接整個煤礦井下變電所的綜合自動化的裝置。

4.監控主機。放置在隊值班市和科調度室的供電指揮場所內，主要用于系統數據的管理、指令的發送、系統接線圖的顯示、報表的打印、參數的設置、報警的顯示、變電所內環境的監視等，因此多用商用的多媒體計算機。

（四）系統軟件的設計

1.監控軟件。主要采用變電所的監控軟件，windowsXP環境。使用SCADA數據采集監控的系統軟件進行編制。主要實現：遙控操作、報表生成、事件記錄、遠程調試等等。

2.視頻監控軟件。主要是用來控制變電所的遠程燈光照明、攝像儀的云臺、同時能夠在發生事故時及時報警，并自動將其錄入現場圖像。

四、結語

總之，煤礦井下變電所高壓供電監控系統采用現代化的數字自動化技術，利用大型開放式的分布式控制網絡系統，代替了傳統的煤礦生產模式，建立起集礦山監測，控制，管理于一體的自動化監控運行網絡，確保煤礦安全和生產過程的實時的管理與監控，使整個煤礦安全高效生產，這樣便可達到使用人工少，運營成本低的目標，將提高煤炭行業的安全生產水平。

參考文獻：

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