煤礦供電系統的自動化技術研究與應用

［關鍵詞］煤礦供電系統；自動化技術；研究應用

1 煤礦供電系統的重要性

煤礦供電系統是煤礦生產系統的核心系統，主要由電源、變電所、配電所、輸電線路及用電設備構成。煤礦供電系統根據具體的用途可以分為安全監控供電系統、生產供電系統、輔助供電系統等；按電壓等級可以分為低壓供電系統和高壓供電系統；根據礦井的井田范圍、煤層埋藏深度、礦井年產量、開采方式及開采的機械化和電氣化程度等不同，可分為深井供電系統和淺井供電系統。對于開采煤層較深（150m以上）、年產量大的礦井，通常經過井筒將6kV（或10kV）高壓電能送入井下，一般將這種類型的供電方式稱為深井供電。深井供電系統采用3級供電方式，即地面變電所、井下中央變電所、采區變電所。淺井供電系統適用于煤層埋藏深度較淺（不超過150m），且電力負荷較小的中、小型礦井。淺井供電系統的特點是井下不設中央變電所，而是根據負荷的大小，由地面變電所通過井筒或地面鉆孔（用鋼管加固孔壁）直接向井下高、低壓設備或采區工作面供電?？煽?、穩定的供電系統是確保煤礦生產安全、提高生產效率、保障煤炭資源開采順利進行的基礎。煤礦供電系統的作用主要表現在以下方面。

（1）提升經濟效益。先進高效的煤礦供電系統不僅可以減少能源的浪費，還可以降低生產成本，在一定程度上提升煤炭資源的開采效率，促進煤礦的經濟效益。

（2）提供安全保障。穩定的供電是保障煤礦的瓦斯抽放系統，以及安全監控系統和人員的定位系統正常運行的關鍵基礎，能夠有效預防突發事件，減少煤礦的安全隱患。

（3）提供生產動力。煤礦供電系統的穩定高效運行，為煤礦的采煤、挖掘、運輸、排水及通風等各個環節提供了持續的動力，是維持煤礦正常運轉的心臟。

2 煤礦供電系統現狀

2.1 設備老化、安全性能低

部分煤礦因供電設備長時間運行而導致老化。煤礦供電系統的正常運行需要良好的管理和維護，如果沒有及時維護或更換，極有可能造成安全事故。

2.2 缺乏后期管理及維護

煤礦供電系統能否保持長時間的穩定運行，后期的管理和維護工作至關重要。目前，部分煤礦因為管理不善和維護不足最終導致供電系統不能夠正常運行，不僅增加了投資成本，還降低了開采效率。

2.3 自動化水平較低

煤礦供電系統要緊跟時代的步伐，不斷更新管理技術并引進先進設施，在不斷改革和創新的過程中逐步實現供電系統的自動化及智能化，然而部分煤礦由于資金、技術、管理等各方面原因的影響，導致煤礦供電系統自動化水平較低，增加了開采人員的工作壓力，減少了煤礦的開采效益。

針對以上一系列問題，相關煤礦企業需要及時對設備進行更新和維護，以優化供電結構，提高安全性能，減少干擾，盡快推動煤礦供電系統自動化和智能化改造并加強管理，以確保供電系統的穩定、高效運行。

3 煤礦供電系統自動化技術及設施研究

3.1 遙測技術

（1）遙測技術的應用。遙測技術的前端設備傳感器的主要作用是負責及時采集煤礦供電系統中的各種信號，保證供電系統的運行狀態能夠被時刻感知。可以將傳感器安裝在供電系統的關鍵位置（如變壓器），以便將這些信息轉化為電信號進行傳送，再由通信設備將電信號傳輸到數據處理庫進行處理和分析。工作人員通過觀察和分析就可以時刻掌握整個供電系統的運行狀態，以此來預防意外情況發生。

（2）遙測技術的特點。遙測技術具備較高的可靠性及穩定性。傳感器的先進設計使其即使處于危險系數較高的煤礦環境當中，也能夠保持持續性的穩定工作。并借助無線通信設備以確保數據傳輸的精確性，在計算機互聯網的輔助下，對大數據進行詳細分析和處理?？梢酝ㄟ^引進以上先進的信息技術及相關設備，最大程度地發揮遙測技術在煤礦供電系統中的有效利用。

（3）遙測技術運用的意義。遙測技術運用對于煤礦供電系統的穩定運行發揮了重要作用，不僅降低了人工管理的風險，還減輕了工作人員的負擔，提高了煤礦供電系統的運行效率，有效避免了因各種原因導致供電中斷而帶來的不良影響，此外，遙測技術還可以輔助管理人員對供電系統進行遠程遙控和自動調節，并對各類數據進行檢測和分析，及時幫助管理人員發現問題，有效降低了安全隱患，提高了開采效率。

3.2 遙控技術

在傳統的煤礦作業中，對供電系統的操控通常需要管理人員親臨現場，不僅操作效率低下，而且存在著較高的安全隱患。適時引入遙控技術對于提高煤礦供電系統的自動化、智能化水平至關重要。

（1）遙控技術的特點及運用。遙控技術最為突出的特點是便捷性，其能夠利用先進的通信手段，將操作指令準確無誤地傳輸到觀察設備上，實現對煤礦供電設備的遠程控制和操作，讓管理人員能夠在監控中心的安全環境中輕松把握供電系統的運行態勢。例如，曾經需要人為操作的開關柜操作，在引入遙控技術后，只需工作人員在操控室輕點鼠標即可完成。這對于煤礦供電系統的有效開展提供了極大的便捷性。

（2）遙控技術運用的意義。遙控技術的廣泛應用為煤礦供電系統帶來了較多的便利：①減少了人工干預和操作的過程。工作人員可以在遙控技術的輔助下，用自動化和智能化的方式解決問題，這不僅提高了工作效率，而且避免了因人為失誤而造成的安全隱患。②遙控技術使得煤礦供電系統的運行更加穩定和可靠。監控中心能夠對整個供電系統進行實時監控，任何潛在的問題都能在第一時間被發現和處理，從而有效避免了事故的發生。為了更好的推進煤礦供電系統的自動化發展，相關煤礦企業要加大對遙控技術的研發投資力度，促進供電系統的智能、高效運行。

3.3 無功自動補償技術

（1）無功自動補償技術的運用。無功自動補償技術的核心在于對供電系統中的無功功率進行智能、高效的自動補償，從而顯著提升供電系統的電能質量和功率因數。其優化及技術創新也是煤礦企業重點關注的一部分，因為無功功率會在一定程度上導致供電系統效率的下降，導致設備無法正常運轉。針對這一問題，企業可以通過安裝無功補償裝置，并根據供電系統的實時運行狀態自動調整無功補償量，來確保供電系統始終運行在最佳狀態。無功自動補償技術的運用簡單易操作，且可以根據煤礦供電系統的實際情況進行優化設計。

（2）無功自動補償技術運用的意義。目前來看，各個煤礦企業積極引入無功自動補償技術不僅是技術方面的改造與升級，更是對管理理念的一種創新，其引入使得煤礦企業更加注重供電系統的整體性能和運行效率，對于推動煤礦企業的整體轉型升級具有重要意義。無功自動補償技術作為煤礦供電系統中的一項核心技術，將隨著社會科技的不斷進步與發展，與物聯網、大數據、人工智能等高科技技術進一步融合，為煤礦的高效、穩定供電提供有力保障。如常見的靜止無功補償器（SVC），現已發展成為成熟的FACTS裝置，被廣泛應用于現代電力系統的負荷補償和輸電線路補償（電壓和無功補償）。在大功率電網中，SVC可以提高系統的阻尼和穩定性，維持所需的電壓水平并提高系統的功率因數，減少系統損失并提高整體系統效率。

3.4 自動監控系統

在煤礦生產中，供電系統的穩定性和安全性至關重要。為了有效保障礦井的正常運作及礦工的生命安全，各個煤礦企業爭先引進了自動監控系統，這一系統以其實時性、準確性及智能性，在煤礦供電領域起著至關重要的作用。

（1）自動監控系統的運用。煤礦供電系統的自動監控系統可以時刻檢測電壓、電流及功率等重要參數，確保管理人員能夠第一時間掌握供電系統的運行狀態，而其系統內部的故障診斷機制，還可以迅速發現電壓波動、電流過載等異常情況，并且及時發出預警。此外，自動監控系統還具有遠程監控和控制功能，不僅降低了工作人員的勞動強度，還提高了工作效率。該系統還具備強大的數據存儲功能，能夠長期儲存重要的數據，這對于供電系統的精確化及科學化發展至關重要。

（2）自動監控系統應用的意義。在煤礦供電系統自動化的背景下，該自動監控系統的應用為煤礦的安全生產作出了極大貢獻。管理人員可以通過實時監控、故障診斷、遠程監測和控制、數據存儲等強大的功能，實現對煤礦供電系統的全方位管理。這不僅提高了煤礦的生產效率，還降低了生產成本，為煤礦企業創造了更大的經濟價值?？偟膩碚f，自動監控系統在煤礦供電系統自動化中發揮著舉足輕重的作用，不僅提高了煤礦供電系統的管理水平和運行效率，還為煤礦企業的可持續發展奠定了堅實基礎。

3.5 電纜絕緣自動檢測技術

電纜絕緣自動檢測技術作為煤礦供電系統自動化中較為重要的一項技術，主要功能是保障供電的安全和穩定。通過精確測量電纜的絕緣電阻，能夠快速捕捉電纜局部的絕緣現象，為全面評估電纜絕緣性能提供堅實的數據基礎，主要包含3個方面。

（1）局部放電檢測。這主要是針對電纜中可能存在的局部放電現象而設計的一種檢測技術，可以利用高頻電流傳感器或超聲波傳感器，以敏銳的檢測技術及時捕捉到這些比較微弱的放電信號，輔助工作人員及時維護或更換陳舊的電纜，預防安全隱患。

（2）絕緣電阻檢測。作為評估電纜絕緣狀態的重要手段之一，其能夠精準測量電纜的絕緣電阻值，以此來判斷電纜絕緣狀態是否存在問題。絕緣電阻值與電纜絕緣狀態成正比，故而一旦發現絕緣電阻值低于一定標準時，就會及時報警，以便在最短的時間內快速排查故障點。直流系統絕緣監測原理如圖1所示。

（3）溫度監測。由于電纜在長時間的運行過程中會產生一定的熱量，如果熱量無法及時散發出去，就會導致電纜溫度升高，進而影響絕緣材料的性能。通過實時監測電纜的運行溫度，能夠及時發現電纜過熱等異常情況，并結合絕緣電阻和局部放電的檢測結果，為全面評估電纜絕緣性能提供有力支持。

4 結束語

隨著云計算、物聯網、大數據等新一代信息技術的飛速發展，煤礦企業要及時把握這一機遇，將煤礦供電系統自動化技術與這些先進技術深度融合，以此實現更加智能化、自動化的生產管理，為煤礦行業的繁榮和可持續發展貢獻智慧和力量。