煤礦井下供電自動系統的設計與實現

張連杰

摘 要：隨著國民經濟的快速發(fā)展，我國的煤礦開采行業(yè)面臨新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)，由于煤礦開采長時期進行井下作業(yè)，其供電系統對整個行業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻。隨著科技水平的不斷提高，井下供電系統也有所創(chuàng)新和完善，為煤礦開采提供了安全的運行環(huán)境，極大的促進了行業(yè)發(fā)展。文章主要對煤礦井下供電自動系統進行具體的研究，探討具體的設計思路，望能夠為同行業(yè)帶來借鑒與參考。

關鍵詞：煤礦開采；供電自動系統；設計思路；數據模型

中圖分類號：TD611 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0014-01

煤礦開采需要長時間的進行井下作業(yè)，加之其作業(yè)環(huán)境十分的惡劣，井下供電故障時有發(fā)生，保證井下供電的安全運行是目前急需解決的問題?？萍嫉目焖侔l(fā)展，有效的促進了多方面的技術進步，其中供電系統設計技術也有所提高，越來越多的供電自動系統得到了廣泛應用，煤礦井下供電也日益實現了自動化，提高了井下供電的安全性。

1 煤礦井下供電自動系統設計的重要性

伴隨著科技的日益發(fā)展，煤礦開采行業(yè)對井下供電系統提出了更高的要求，實現井下供電自動化有著重要意義，主要表現在如下幾個方面：

第一，提高了井下供電質量。井下供電自動系統設計，主要是針對井下作業(yè)時，由于受到惡劣環(huán)境的影響而出現電路中斷這一現象，充分利用交換機的功能特性，為井下供電提供不間斷電源，這種供電設計明顯的提高了井下供電質量，為井下作業(yè)的供電運行提供了穩(wěn)定的基礎。

第二，保證了施工人員井下作業(yè)安全。對于煤礦開采行業(yè)而言，電力是其實現生產的主要因素，只有安全可靠的電力供應，才能實現煤礦開采的安全生產。然而，近幾年來因供電中斷而發(fā)生的重大事故也時有發(fā)生，比如說水泵停開出現淹井、設備停用發(fā)生瓦斯爆炸等，而供電自動系統設計有效的解決了供電中斷問題，保證了井下作業(yè)的施工人員安全[1]。

第三，增加了企業(yè)的經濟效益。良好的供電系統在保障了人員安全的同時，也為煤礦開采企業(yè)帶來了更多的經濟效益。一方面，供電自動化減少了作業(yè)設備的損壞，不僅節(jié)省了相應的維修費用，同時提高了設備的使用效率。另一方面，安全可靠的供電運行，縮短了設備的維修時間，延長了生產工期，進一步促進了生產效率，從而增加了煤礦開采企業(yè)的經濟效益。

2 供電自動系統的總體設計

供電自動系統設計雖然并不十分的復雜，但是也不是一個獨立的結構，該系統主要通過四個功能模塊加以實現，結合煤礦井下供電的實際需求，對其電纜長度和供電參數實現自動計算，同時自動得出供電系統圖和設計報告。

2.1 實現電纜長度的自動計算

通過對機電設備實體與電纜實體進行空間拓撲探究，計算出相應的電纜長度并將信息體現在供電系統圖之中。該系統的設計需要對以下幾個變量進行運用：①機電設備的數量，這里具體是指與電纜實體進行連接的機電。②機電設備的三維空間坐標，包括設備實體在回采工作面、巷道底板、掘進工作面底板等幾處的坐標情況。③電纜實體的中間點坐標情況，以及電纜實體所有中間點的數量。具體的計算方法，將在以下數據組織模型中加以介紹。

2.2 實現供電參數的自動計算

煤礦井下供電自動系統中，其供電參數計算需要根據圖形數據加以確定，如果設備參數出現變動，則在相應的圖形數據中會有所體現，只要在系統中重新設置參數數據，系統便可自動完成供電系統的相關參數的計算。供電參數是提供安全的供電運行的主要依據，其中短路電流、負荷統計、電壓損失、長時載流等，便是幾個重要且常見的參數[2]。

2.3 實現供電系統圖的自動生成

在供電系統的設備布置圖中，記錄著機電設備實體以及電纜實體的有關信息，根據圖中兩者的空間關系，供電自動系統能夠將供電系統圖自動生成。由于設備布置圖與系統圖之間存在一定的關聯，在對設備布置圖進行修改時，其系統圖也會做出對應的變化，并通過系統軟件自動生成。

2.4 實現系統設計報告的自動生成

設計報告記錄著設計人員的整個設計過程，同時對設計過程中出現的各種問題也進行了詳細記錄，為供電系統今后的改進工作提供重要的理論依據。在供電自動系統設計中，可實現設計報告的自動生成，通過規(guī)范的報告模板形式，記錄下詳細的設計過程與設計步驟。這一模塊功能的實現，主要體現了程序識別功能。

3 供電自動系統的數據組織模型

3.1 幾何網絡拓撲結構模型

在煤礦井下供電自動設計中，將供電設備實體抽象成點，而將電纜實體抽象為線條，由于點、線是不具備面積的，同時點還不具有長度數值，這樣便于對空間拓撲關系的確定。幾何網絡拓撲結構模型的運用，實現了結點-弧線的數據組織，如果存在結點信息時，可以通過計算求得相應的派生弧段信息，與之相同，如果存在某些弧段信息，也可對相應的派生結點信息進行求解，這種模型大大降低了數據在存儲時造成的冗余問題，方便系統實現快速的訪問[3]。

3.2 幾何網絡矢量數據模型

矢量數據模型與拓撲結構模型具有很多的共性，是拓撲模型的特殊形式，主要也是通過建立結點-弧線數據組織模型，處理弧段與結點之間的對應關系。針對井下供電自動系統的設計需要，將機電設備描述為點，電纜實體描述為線，通過幾何解析，確立空間關系。

3.3 電纜長度計算模型

電纜長度計算是基于拓撲結構模型構建的基礎上進行的，首先通過結點處高程值的判斷，從而確定機電設備的具體空間位置，為下一步的電纜長度計算提供可靠的坐標依據。對機電設備的三維空間坐標判斷之后，包括設備實體在回采工作面、巷道底板、掘進工作面底板等幾處的坐標情況，可根據空間拓撲關系和起始結點的坐標點進行計算，電纜的起始結點坐標表示為 ，末結點的坐標表示為，該種計算方式主要是先計算分段電纜長度，然后將所有計算結果進行相加，最終得到電纜的總長度。其各段計算公式為：

3.4 供電設備參數統計模型

由于供電系統中設備與電纜不具有線性關系，因此難以通過具體的公式進行計算，基于此，可以通過結點-弧線數據組織模型，將機電設備與電纜實體之間的邏輯關系表達出來，為供電設備參數的確定提供依據。供電設備參數統計模型，主要是將供電網絡描述為樹狀結構，供電網絡的起始結點是樹狀結構的結點，并以這兩結點為開始，依次對供電網絡進行遍歷計算[4]。

4 結 語

綜上所述，在科技快速發(fā)展的新時期，煤礦井下供電自動系統設計技術不斷的推陳出現，隨著計算機技術的不斷進步，該系統不僅實現了電纜長度、供電設備參數的自動計算，同時可自動生成供電系統圖及設計報告，為井下供電提供了安全的運行保障，進一步促進了煤礦開采行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 劉文，王瑞海，奐光潤.新橋煤礦井下供電監(jiān)控系統設計與應用[J].中 州煤炭，2014，（2）.

[2] 李曉莉.店坪煤礦井下供電系統的設計研究[J].煤炭與化工，2015，（6）.

[3] 呂小輝.煤礦井下供電系統的設計與探討[J].科技展望，2014，（14）.

[4] 侯秀杰，夏輝，雷天華，等.煤礦井下交換機的不間斷供電系統設計[J].

煤礦機械，2015，（2）.

[5] 孔慶宇，陳凱利.井下供電標準化管理創(chuàng)新研究[J].煤炭科學技術，2013，（S1）.