井下供電安全監控系統應用

張樂

摘要：針對當前無法實現對井下設備運行狀態及用電情況進行實時監控的問題，在分析現有井下供電監控系統現狀的基礎上，開展了井下供電安全監控系統的總體方案及關鍵分系統的設計研究，并將該系統進行了6個月的現場測試驗證。結果顯示，該系統運行良好，具有較高的智能化程度及運行穩定性，能夠很好地監測設備的運行情況及發生的故障類型，并實時顯示及報警提示，在井下安全生產保障中發揮著重要作用，實際應用價值重大。

關鍵詞：煤礦;井下;供電;安全監控系統

中圖分類號：TD76 文獻標志碼：A 文章編號：1009—9492（2021）03—0250—03

0引言

當前，國家對煤礦的安全生產提出了更高的要求，也越來越重視將當前先進的智能化控制技術應用到煤礦設備中，實現煤礦設備物聯網系統建設。其中，實現井下設備供電過程的實時監控，成為當前提高煤礦安全生產建設的重要組成部分，但在井下設備運行過程中，僅實現了設備的供電電氣設計，無法實現對設備供電過程的監測控制。井下供電事故一旦發生，將可能造成井下大面積停電、設備無法正常作業等現象，甚至會使其關鍵作用的設備突然斷電而出現失效現象，這將給井下作業的安全性及煤礦的開采率造成巨大影響，對井下設備實施供電系統監測顯得尤為重要。

為此，本文在分析現有井下供電系統監控現狀的基礎上，開展了井下設備供電系統的總體方案設計及關鍵分系統設計研究，并進行了實際應用測試，這對提高井下的作業安全及降低企業運行成本具有重大意義。

1現有井下供電監控系統現狀分析

當前，國家已逐步加大對煤礦井下安全的重視，正在逐步將當前先進的智能化、自動化控制技術應用到煤礦安全生產中。井下供電安全監控系統屬于煤礦安全監控系統的一個分系統。但經資料調研，當前在井下配電及供電監控方面，基本未進行專門的供電安全監控系統設計，僅實現了井下設備的供電系統建設，也有相關研究機構開展了供電安全監控系統的研究，但還處于基礎研發階段，并未進行大量的市場應用推廣。井下設備運行過程中，所需電量相對較高，但由于未進行地面監控中心及井下供電信號采集系統的設計，導致無法對井下設備的用電情況及運行參數進行實時監控，也無法對設備的用電安全進行保護。同時，當前井下供電系統主要采用獨立的綜合保護器及隔爆兼本安型的保護裝置，但大部分均為預留相關的通訊接口，無法實現設備的向外通訊及數據的遠距離傳輸，要想在此基礎上增加供電的監控系統相對較難，且所需成本相對較高，施工周期也相對較長。因此，在現有供電設備上，增加供電安全監控系統具有一定的難度。

2井下供電安全監控系統總體方案設計

結合當前井下供電設備存在的問題，開展了煤礦供電安全監控系統的設計研究。所設計供電安全監控系統由地面監控主站、井下監控分站及井下各電力監控單元等組成。其中，監控系統的底端包括了多種隔爆兼本質安全型的終端保護裝置，主要對井下各設備的運行參數及用電情況進行信號檢測，通過雙絞線及RS485通訊接口進行信號的傳輸，由監控系統分站中的各類變電所進行信號的采集、計算、數據匯總等操作，并經過信號處理后，經過光端機的信號分析及傳輸，最終將用電信號傳輸至上端的監控主機、備用機及顯示大屏幕上，人員可通過顯示界面對設備的用電情況進行實時監控，并對設備運行參數進行數據保存。同時，整套監控系統能根據設備用電過程中出現的用電故障情況，通過合理分配電力及縮短停電時間等操作，實現對設備用電的安全保護及報警提示。另外，整套監控系統采用了雙電源回路設計，與其他系統進行獨立控制，當出現用電故障時，可對電源進行單獨切斷，以此完成對井下設備用電過程的實時監控，確保整個礦井的用電安全。整個供電安全監控系統的結構框架如圖1所示。

3監控系統關鍵分系統設計

3.1地面監控主站分系統

地面監控主站分系統是整個井下供電安全監控系統的重要組成部分，其系統結構由數據采集服務器、WEB服務器、工作站備機、綜合保護器、監控工作站、通訊服務器、信息采集模塊等組成，設備之間通過RS485進行數據的實時傳輸，通訊協議采用了Modbus協議。其中，數據采集服務器能通過內部的程序軟件，接收下層傳輸的數據信息，并對數據進行分析、處理、存儲等。信息采集模塊采用了市場上較為成熟的MDIA型隔離采集器，具有8路電流模擬量輸入，量程范圍為-25～25 mA，通過RS485接口可實現對遠程模擬量的數據采集及控制操作，并經過內部的A/D轉換器后，將數字信號保存于主機存儲器中，此采集模塊具有抗爆、抗雷擊等功能特點。另外，主站中設計的綜合保護器也采用了RS485接口，可實現對井下變電所的有力保護。鑒于井下信號傳輸距離相對較遠，為保證信號傳輸過程中不出現衰減現象，在地面與地上之間增添了一個光端機，以實現將信號有效轉換，提高信號傳輸質量。地面監控主站分系統的結構框架如圖2所示。

3.2井下監控系統軟件

在井下供電安全監控系統軟件設計中，設計了數據庫系統和軟件操作系統，其中，數據庫系統采用了當前成熟的Century Star組態軟件進行程序生成，形成了一套SQL2000數據庫系統，而操作系統則主要是基于當前的Windows系統進行設計，軟件系統中集成了數據庫管理主程序、組態工具模塊程序、通訊管理模塊程序、顯示模塊等部分，包含了對監控系統整套的程序監控。其中，組態工具模塊程序主要是實現對采集電量、變電站的接線圖及運行情況、斷路器的開關狀態、系統電壓變化情況等方面進行圖形繪制及處理，其程序控制流程如圖3所示。通訊管理模塊則主要負責讀取供電系統中的數據信息，并創建臨時的實時數據庫，通過RS485通訊接口和以太網通訊進行信號的傳輸通信，其主程序控制流程如圖4所示。

4井下供電安全監控系統的應用測試

為進一步驗證此井下供電安全監控系統的可靠性及運行效果，將其在某煤礦井下供電系統進行了兼容性應用測試，測試周期為6個月，主要負責對該煤礦井下設備的運行情況及用電情況進行監測。在此測試過程中，該監控系統能對所監控設備的功率、電流、漏電等參數情況進行實時采集，并通過監控中心進行數據的實時顯示，具有系統運行穩定、數據傳輸率高、界面直觀等特點，針對不同設備及變電所，進行快速的界面切換，同時，將采集后的數據信息繪制成變化曲線并實時存儲。針對出現的設備故障問題，能通過監控中心進行直觀的故障位置及故障原因顯示。供電安全監控系統的登錄界面及歷史數據變化曲線如圖5～6所示。該系統成功應用后，整個井下設備的故障發生率同比降低了將近40%，井下的耗電量減少了30萬的電費支出，得到了該企業管理人員及操作人員的一致好評和認可，其實際應用價值較高。

5結束語

將當前先進的控制技術應用到煤礦智能化物聯網建設中，提高煤礦的生產安全性，已成為當下政府鼓勵、企業推行的重要方向，而實現井下設備供電安全監控系統則是其中的重要環節。通過遠程監控方式，實時掌握設備的運行狀態及故障情況，不僅能及時采取有效的安全防護措施，也能有效降低事故帶來人員傷害及經濟損失。因此，本文以當前井下設備供電系統現狀為基礎，利用以太網大數據傳輸技術，開展了井下設備供電安全監控系統總體方案及關鍵分系統的設計研究，并對該系統進行了測試驗證。結果顯示，該系統具有較高的穩定性及可靠性，運行效果良好，能對井下設備的功率、耗電量等情況進行實時監測，有限避免了小隱患引發的煤礦安全事故發生，在井下安全生產保障中發揮著重要作用。