礦井供電網絡自動監測控制系統設計

王 振

（霍州煤電集團洪洞億隆煤業有限責任公司， 山西 臨汾 031600）

引言

隨著煤炭生產企業對煤礦綜采效率和自動化要求的不斷提升，各類自動化程度高的機械設備不斷地投入應用，對井下供電系統工作時的穩定性、供電安全性提出了更高的要求，煤礦井下供電線路多、分布廣，缺乏統一的控制與保護手段，一旦某個區域出現短路故障時將導致大范圍的停電事故，給煤礦井下的綜采作業安全帶來嚴重的隱患。為了有效提升礦井供電系統的供電穩定性，提出了一種供電網絡自動監測控制系統。在該系統井下監控單元部分的設計中，采用了以工業以太網構架為核心的供電方式，并堅持集中管理與控制相結合的原則，將傳輸數據信息的系統與自動檢測控制系統一起控制，可實現對供電網絡各個分支運行情況的實時自動監控，出現故障時自動對該區域進行斷電保護，快速鎖定故障源及故障原因，不僅可極大地提升供電網絡監控的自動化程度，而且可極大地提升井下供電系統的工作可靠性和穩定性。

1 供電網絡自動監控系統整體結構

某煤礦井下供電網絡自動監控系統整體結構如圖1所示，包括了井下監控單元、數據通信單元以及地面監控中心三個部分。

由圖1可知，該煤礦井下供電網絡監測系統以工業以太網絡為控制核心，井下監控單元是最基礎的部分，據此即時監測到每個網絡分支的實際運轉狀況，并將監測到的數據進行系統化的處理和解析，對供電的穩定性和安全性進行分析，然后將監測結果和數據通過數據通信單元傳輸到地面上的監控中心，監控單元主要包括各類電量傳感器、測量保護裝置、綜合保護裝置等，當電路出現故障時，能夠對故障電路進行保護，并能夠執行監控中心所發出的控制指令。該通信單元以工業以太網為核心，將各個監控分站順序串聯起來，通信單元和各個監控分站之間以RS485通信協議為接口進行連接，最終集中到地面監控中心內[1-2]。

地面監控中心是該供電網絡自動監控系統的控制終端，以實現監控人員對煤礦井下供電系統的供電情況進行監測，而且控制人員可以下達各類控制指令，對井下供電網絡的運行情況進行調整，確保供電系統的穩定性和可靠性。

圖1 煤礦井下供電網絡監測系統結構

2 井下監控分站結構

監控分站是煤礦井下供電網絡監控的核心，直接關系到對各供電網絡監控結果的準確性，同時還需要滿足防爆的安全要求。本研究所提出的監控分站，將通訊接口的對接方式實現專業化，并將數據傳輸電控系統中的數據傳輸速度進行升級加速，據此可以便捷地將各類樣式的借口單元接入，滿足數據轉換和通訊的需求，該監控分站上還配備有大尺寸的數顯系統，能夠將該監控分站范圍內的監控結果實時顯示在顯示屏幕上，便于井下維護和故障處理時的操作，該監控分站的基本結構如下頁圖2所示。

圖2 煤礦井下監控分站基本結構

該監控分站內有數據通信模塊、綜合保護開關、防爆外殼、以太網數據交換系統、不終止電源等，主要用于控制各傳感器對該區域內供電狀態的采集，完成與地面控制中心的數據通信，并執行控制中心發送的調控指令。

3 井下供電網絡監控系統控制原理

煤礦井下供電網絡監控系統的穩定運行離不開簡潔、高效的邏輯控制模塊，煤礦井下供電網絡的安全運行主要依賴于監控分站能夠提前識別供電網絡中的異常運行信號并進行調整，同時還依賴于發生故障后監控分站能夠及時控制故障波及的范圍，減小故障的發生范圍甚至不出現故障，從而使得供電過程更加安全[3-4]。根據煤礦井下實際需求，提出了一種優化后的數據通信邏輯，該通信邏輯能夠檢查到后臺的各項設備參數，能夠識別并監查到故障，實現數據通信，進而使得人機界面更加友好，實現對控制區域內監控系統的全面控制，其控制邏輯如圖3所示。

圖3 煤礦井下供電網絡自動監控系統控制原理

4 結論

1）該煤礦井下供電網絡監測系統以工業以太網絡為控制核心，采用RS485數據通信協議和標準通信接口模塊，能夠實現對數據傳輸的快速性、安全性，同時能夠滿足多種類別監控設備的數據通信需求。

2）監控分站主要用于控制各傳感器對該區域內的供電狀態進行采集，完成與地面控制中心的數據通信，并執行控制中心發送的調控指令，能夠滿足井下惡劣環境下的工作穩定性和可靠性。

3）該供電監控系統，控制邏輯簡潔、高效，能夠快速處理供電網絡異常，將故障范圍維持在最小的范圍內，最大限度地滿足井下供電安全的需求。