臨汾宏大豁口煤礦礦井自動化供電系統設計研究

馬燕慶

（臨汾宏大豁口煤業有限公司，山西 臨汾 041000）

1 概述

臨汾宏大豁口煤礦煤炭產量持續增加，井下增加新型機電設備較多，電網參數計算的節點和難度急速增加，當前井下供電系統的計算邏輯和計算方法實時程度低，井下供電系統圖繪制依靠人工實現。針對當前井下供電系統智能化程度低、時效性差等問題，對井下供電系統進行優化設計[1-4]，以滿足智慧礦山發展理念的需求。

2 自動化供電系統設計方案

井下自動化供電系統采用模塊化設計思路，按照供電系統要實現的功能作用劃分為四大模塊，分別是井下供電模塊、機電設備數據管理模塊、供電圖繪制管理模塊以及統計輸出模塊。各模塊單獨實現功能，模塊數據源相互交叉。系統設計思路圖如圖1。

各模塊分別執行系統的不同功能：井下供電模塊主要實現井下電網供電計算、機電設備電器型號選擇以及電網繼電保護整定等功能。電網供電計算是自動化供電系統的基礎，主要對接入設備的井下供電電網的變壓器需用容量、長時載流量、各類電壓損失以及電網電流等參數進行計算；機電設備電器型號選擇功能是以電網供電計算單元為基礎的，利用電網計算與接入電網的各類機電設備實際電器參數進行對比，實現空氣壓縮機、通風機、輸送機以及采掘設備等井下用電量較大機械設備的型號選擇；對于井下大型用電設備的啟停以及照明設備的開關，需要通過繼電器控制，供電模塊可以實現對各類繼電器的選型和整定。

圖1 臨汾宏大豁口煤礦井下自動化供電系統設計思路圖

電器設機電設備數據管理模塊，主要是實現對供電系統的各類參數進行收集、計算、記錄、保存以及實時更新等功能，也可以通過外接接口，對數據庫中的參數進行提取、編輯等。由于近年來臨汾宏大豁口煤礦井下機電設備種類更新速度較快，因此本自動化供電系統在設計方案中增加了機電設備符號庫，通過對符號庫數據的不斷更新，可以使機電設備符號庫處于最新狀態，在此基礎上進行的供電系統圖具有統一性和標準性。

供電圖繪制管理模塊可以通過井下機電設備實際布置圖的輸入，自動生成機電設備供電圖，展示井下機電設備用電關系以及與其他電器元件之間的相對位置關系，便于機電設備的管理和維護。供電圖與機電設備布置圖的相互關聯性，是該自動化供電系統的重要功能。

統計輸出模塊能夠按照設計需求，將系統中的各類參數數據通過程序導入模板中，并進行打印。

3 井下自動化供電系統建模

井下自動化供電系統是對井下所有的用電設備進行整合，保證供電有效性和安全性。井下各種機電設備、電器相關件等都要納入自動供電系統中，所以該系統是一個復雜的多層次綜合系統，電網電器設備種類多，按照一定的規則進行設備關系總結，是自動供電系統設計的基礎。為了完成電網設備關系的存儲和表達，井下自動供電系統電器設備層次關系如圖2。

圖2 井下自動化供電系統電器設備層次關系圖

將電網電器設備分層次分類后，系統將不同屬性的電器設備進行單獨模型建立，并將設備計算模型插入到對應的設備實體模型當中，既可以實現不同電器設備結構的獨立要求，也能滿足電網供電計算需求，同時對于電器設備模塊的獨立維護也是友好的。

4 自動化供電系統設計流程

井下供電系統首先利用供電圖繪制管理模塊完成臨汾宏大豁口煤礦井下供電系統圖的繪制，利用供電系統圖明確井下電網電器之間的拓撲關系，在此基礎上進行供電系統電源輸出電壓以及電路短路容量的確定，進而確定電網高壓電器的額定電壓值，同時設置變壓器系統額定電壓，確定電網低壓電器的額定電壓值。對電器設備電氣參數設置完成后，電網負載負荷數據即可得出，參照該數值進行變壓器選型。對于電纜的選擇，首先根據電網參數確定電纜的電壓等級，再次通過系統的拓撲關系在對應電壓等級電纜中選取適合的型號。系統短路電流數值，對于系統安全保護電器元件的選型具有重要指導意義，同時用電設備的熱穩定性也需要通過短路電流來檢驗。系統會以Word 或者組成報表的形式將輸出內容打印出來。整個設計流程如圖3。

圖3 自動化供電系統設計流程

5 系統運行效果分析

為了檢驗系統的有效性和穩定性，臨汾宏大豁口煤礦對該井下自動化供電系統進行了實驗模擬，實驗設計主要是基于該系統的電網負荷自動統計以及電纜設備的自動選型等功能的校驗。圖4為系統的供電系統負荷統計界面，系統的額定電壓可以自行選擇，需用系數的設置既可以通過系統預置選擇，也可以手動進行系數數值輸入，工作面設置也可以手動選擇，參數輸入完成后，系統會將所需容量數值自動計算出來，進而確定變壓器型號。圖5為系統連接電纜型號確定界面，系統參數選擇分別有電纜系列、導線類型、導線截面積、環境溫度、長時允許電流以及電纜長度等，還可以自動計算出電纜的壓損等數據。

圖4 系統負荷統計界面圖

圖5 電纜選型界面圖

6 結論

臨汾宏大豁口煤礦為了提升井下供電系統的智能化，適應新型機電設備的入網需求，以模塊化的設計思路，設計了基于臨汾宏大豁口煤礦實際井下電器設備狀況的可視化自動供電系統。該系統通過構建自動供電系統模型，整合井下供電設備關系，實現了電網參數自動計算、供電圖自動繪制以及電器設備自動選型等功能，提升了臨汾宏大豁口煤礦井下供電系統的智能性和穩定性。