礦井地面供電自動化系統分析

高希睿

（山西汾西宜興煤業有限責任公司，山西孝義 032300）

0 引言

地面供電系統作為保障礦井井下生產作業有效、持續開展所必須的基礎能源設施，對礦井經濟效益的獲得意義重大。而伴隨著現代科技的發展，傳統的礦井地面供電系統逐漸無法滿足礦井生產現代化的需求，推動地面供電系統的綜合自動化發展成為礦井未來建設的重要方向，對礦井綜合效益的持續提升意義重大。

1 礦井地面供電自動化系統概述

礦井地面自動化供電系統是有機融合計算機技術和網絡信號傳輸技術而形成的一種針對地面供電系統進行綜合自動化實時管理的控制平臺。其運行的核心任務有：針對地面電網中線路、開關及變壓器等裝置的運行狀態進行實時監測，為技術人員的調控提供參照；對電網中的開關等電路元件進行操控，為分時供電、線路檢修等操作提供集中化作業平臺；綜合分析供電網路所反饋運行信息，為網路故障的排除提供參考。總而言之，該系統具備開源化和集中控制化等多種特性，有助于地面供電網絡操作的更加簡潔、高效。

一般來說，地面供電網絡自動化系統多采用遠程分布式監測控制系統，其常規網絡結構示意圖如圖1所示。

整個系統可劃分成井上與井下兩大模塊。其中井下模塊主要由調度電網、變電所、測控分站等組成，所使用開關均為高壓防爆開關，內部布設由微機保護裝置，具備遠程遙測和遙控功能，同時可自行實現過載保護與短路保護。同時測控分站同測控開關之間通過雙芯電纜實現相互的連接。而井上模塊主要由集控中心和地面變電所構成。

圖1 地面供電網絡自動化系統常規網絡結構示意圖

2 系統特點分析

2.1 系統結構分析

對于地面供電自動化系統而言，其主要構成組件可依據功能和特性的不同劃分成三大類，即站控層、網絡層與間隔層。各層均有自己獨特的功能與特性。

（1）站控層

該層的主要功能是對整個自動化地面供電系統的運行開展實時監測，并對監測數據進行匯總分析與分類管理，是整個地面供電自動化系統各項功能得以實現的關鍵核心[1]。

（2）網絡層

需要指出的是，創設的主體是學生，而他們又是具有生命體的個體。因此，教師在創設過程中，要“以人為本”，旨在構建一個輕松愉悅、和諧共生的課堂環境，而課堂教學的最終目標在于最大限度地挖掘出學習者的學習潛力和熱情，促成其成長。但同時學生也是動態的，創設過程中要注意有一定的延展性，對于突發事件等不確定因素能夠制定出相應的應急措施。

該層的主要功能是為站控層和間隔層的溝通提供服務，實現兩者間信息的有效傳遞與接收。該層借助一定的網絡技術，對站控層所發出各類信息進行整合與分析處理后，再將其轉化成間隔層能夠接收的數據類型，發送給間隔層。其是整個地面用電自動化系統的信息樞紐。

（3）間隔層

該層的主要功能是對所接收的地面供電系統運行數據進行判斷，分析查找潛在的安全隱患，并在確保不影響整個系統正常工作的前提下，通過預警裝置發出相應的故障警報，提醒工作人員進行檢修維護。此外，針對已經出現的小故障，系統也可借助預設指令進行自動的維護處置，以最大化保持系統運行的連續性。

2.2 系統配置分析

（1）變壓器

變壓器是地面供電自動化系統的關鍵設備之一，其使用的主要類型有三種，分別為三繞組變壓器、雙繞組變壓器和自耦式變壓器。在使用時，相連的高低壓線路使用同一繞組，繞組匝數同電壓高低成正比例關系，同通過電流成反比例關系[2]。

（2）電流互感裝置與電壓互感裝置

電流互感裝置與電壓互感裝置在使用上類似于變壓器，均是用于實現高電壓設備同電網有效相連的銜接裝備。在使用時當處于額定區間，電壓互感裝置的二次電壓通常維持在100 V左右，而電流互感裝置的二次電流通常為1 A或5 A。需要注意的是，在使用時當電流互感裝置進行二次繞組操作時，應避免其同負荷相鄰過近，以避免形成短路，影響系統正常運行[3]。

（3）開關裝置

地面供電自動化系統常用的開關裝置主要包括隔離開關、負荷開關、高壓熔斷器及斷路器等，均屬于能夠進行啟閉操作的電路組件。其中斷路器在整個供電系統正常運行時始終保持開啟狀態，以確保電路運行的正常、穩定，但當出現電路故障后，斷路器會自行斷開，阻斷電流，以保護電路的安全性；隔離開關主要功能是為供電系統線路及設備的檢修作業提供幫助，用以隔斷電壓并保證作業的安全、有效。不過需要注意的是，隔離開關無法獨自阻斷電路故障引發的斷路電流，而是必須同斷路器配合使用方能生效。此外，在系統運行中若發生停電事故，則操作人員應當第一時間開啟隔離開關，而在電力恢復供應時則應當先閉合隔離開關，然后在閉合斷路器，采取這種操作能夠最大化避免電力的突然供應可能對設備造成的損害。

3 地面供電自動化系統軟件設計

組態數據庫。該數據庫用于對系統特殊命令、動態指令、運行反饋信息等相關內容進行整理。在構建該數據庫時，所獲得各類數據可選用相同的ADO進行處置，而后續生成的組態信息則能夠借助關系數據庫進行儲存。

事件庫。該數據庫主要用于對地面供電系統中運行的突發事件進行處理和存儲。同時，該數據庫具備及時反饋特性，能夠實現對數據的快速分析、調用及后期操控，充分確保了電路運行中出現突發故障時能夠快速反應，及時處置故障[4]。

優先級數據庫。該數據能夠對組態數據庫中的數據進行調閱，并進行綜合性歸類整理，依據數據各自特性劃分不同的優先級別[6]。在具體的設計上，首先必須確保該數據庫同整個電力供應系統計時的完全同步，只有這樣才能最大化確保所調用數據的實時有效，從而為智能管理的時效性提供保障。

歷史數據庫。該數據的核心功能是對系統過去一段時間內的運行資料進行存儲，從而便于工作人員隨時調閱查看，為運行故障的處理提供數據支撐，同時該數據庫的存在還能夠顯著縮減系統數據接口與緩存的負擔。其設計的核心要點為：通過歷史數據緩沖技術，基于系統內存和硬盤大小，針對緩沖區大小進行調控，同時借助數據壓縮手段避免系統運行過程中出現數據存儲崩潰的現象。

內存實時數據庫。該數據庫在整個系統的運行中承擔著各組件數據實時交換的功能，因此在對該數據進行組建時必須著重對訪問端口、系統索引算法等進行優化設計[5-6]。

除此之外，I/O驅動接口和編程語言控制組件則是實現整個供電系統硬件系統得以有效運轉的基礎保障，兩者通過對數據的實時有效分析，進行數據的針對性存儲和指令發送，指揮系統運行。

4 總結

地面供電系統作為整個礦井生產動力的提供者，對其的自動化改造能夠在確保礦井生產動力充足的同時大幅提升動力供應效率，并有效降低生產能耗，是礦山綠色現代化建設的必要選擇。此外，通過對礦井供電系統的自動化改造，能夠確保系統運行狀態的實時監測，保證工作人員更好的了解電力供應情況，及早發現潛在安全隱患，實現電力最合理分配的同時，最大化確保電力系統運行的安全、持續。

參考文獻：

［1］王才.煤礦地面供電綜合自動化系統［J］.山東煤炭科技，2008（05）：91-93.

［2］宋偉云.礦井地面供電自動化控制系統設計初探［J］.江西煤炭科技，2016（01）：107-108.

［3］蔡紅梅.地面供電自動化系統在礦井中的應用［J］.山西煤炭管理干部學院學報，2016，29（02）：55-56.

［4］王瑛.煤礦地面供電系統技術改造措施分析［J］.通信電源技術，2016，33（01）：145-146，148.

［5］劉折，呂文星.礦井供電綜合自動化系統設計探討［J］.山東工業技術，2016（04）：187-187.

［6］石雙寶.礦井地面供電綜合自動化系統設計［J］.機械管理開發，2015，30（10）：27-28.