煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)分析

李方興/貴州盤江精煤股份有限公司火燒鋪礦

煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)分析

李方興/貴州盤江精煤股份有限公司火燒鋪礦

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來和煤炭行業(yè)的安全局勢改善的持續(xù)需求，煤礦用設備現(xiàn)代化水平得到不斷加強，我國的大部分煤礦已逐步采用功能齊備的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)。在煤礦井下變電所在進行高壓供電工作處理方面，涉及過程中的數(shù)據(jù)測量以及系統(tǒng)運行參數(shù)的合理控制，對于故障的及時發(fā)現(xiàn)，防止停電等事故的發(fā)生有著嚴格的要求水準，因此對于煤礦井下變電設施及操作行為的實時監(jiān)控是十分必要的。基于此，本文就針對煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)展開分析。

煤礦井下；變電所；高壓供電；監(jiān)控系統(tǒng)

一、煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

現(xiàn)代化的采煤完全依靠現(xiàn)代化機電設備的應用和管理，而礦井井下機電設備的動力主要是電力，因此，隨著采煤技術機械化程度的不斷提高，供電質(zhì)量和可靠性的高低直接影響井下生產(chǎn)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，只有完善的供電網(wǎng)絡才能保證其高效率的工作。井下電網(wǎng)是一項敷設、維護都比較大的工程，變電所內(nèi)的各種控制柜、變壓器、防爆開關等相對集中，而采區(qū)、掘進面、巷道等處的用電設備相對分散，形成了供電電纜的遠距離敷設。因用電設備本身故障或在機電設備的移動過程中供電電纜受擠、拉、砸等引起的漏電和短路造成的局部或整體斷電的情況經(jīng)常發(fā)生，往往由于不能確切了解故障部位，檢修起來比較困難、誤時。因為任何時刻的突然斷電都會給井下的生產(chǎn)和設備維護帶來損失，所以理應避免。實際上避免是不可能的，只能通過快速、準確判定故障區(qū)間和故障類型，縮短處理時間，最大限度的減少斷電時間。而現(xiàn)實的狀況是大部分煤礦井下變電所內(nèi)無人值班，井上的機電調(diào)度室也只有一兩部電話而已，井下出現(xiàn)供電問題時，只是靠撥打電話來聯(lián)系，缺少直觀可靠的故障顯現(xiàn)和定位設備，容易滯后、延誤處理時間，造成不必要的損失。因此，開發(fā)一套井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測井下電網(wǎng)的各路電流、電壓工作狀況、真空配電開關的分合狀態(tài)以及環(huán)境溫度，在很短的周期內(nèi)即可把這些參數(shù)顯示到地面計算機上是很有必要的。

二、煤礦井下高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

(一)設備層可靠性差

煤礦井下高壓電網(wǎng)主要由井下中央變電所和采區(qū)變電所的高壓供電設備構成。其中，在采區(qū)變電所，作為煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分，環(huán)境惡劣、設備布置分散，且存在瓦斯、煤塵爆炸的危險的環(huán)境，因而在井下建立涵蓋供電系統(tǒng)的監(jiān)測、監(jiān)控，實現(xiàn)無人值班或少人值班有一定的難度。

作為井下高壓電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)最為關鍵的設備層來說，安裝在開關設備內(nèi)的智能測控保護單元的可靠性和通訊性能是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵，而目前使用的同類產(chǎn)品基本不能同時具備這兩樣特性。大部分以90年代技術水平為基礎的產(chǎn)品，雖然經(jīng)多年使用實踐，保護性能基本能可靠運行，但由于受硬、軟件平臺性能限制，在通訊性能上沒有大的突破。即使具備通訊功能的部分產(chǎn)品，也僅具有RS485通訊接口，引而不可避免帶有很大的局限性，無法滿足高壓電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通訊要求。造成了目前井下高壓電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在采區(qū)變電所監(jiān)控部分形成空白，或即使建設完成，也無法正常運行的狀況。

（二）在未結合實際情況，直接移植地面系統(tǒng)結構到井下工況中，適應性差

在目前已建的礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)中，涉及到井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的設計，往往采用照搬地面供電監(jiān)控系統(tǒng)結構模式。但是，煤礦井下供電系統(tǒng)存在供電線路長、電網(wǎng)諧波復雜、設備分散、工況惡劣等特殊情況。在這種條件下，將地面系統(tǒng)結構直接移植到井下工況中，帶來很多問題。特別是因此造成的系統(tǒng)故障率高、維護復雜，導致系統(tǒng)作為形象工程多，實際正常運行的少。

三、煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)分析

（一）系統(tǒng)方案的設計

系統(tǒng)一般采取分布式的結構設計方式，由四個部分組成：現(xiàn)場設備的間隔層測控及保護“一體化”的智能裝置；井下監(jiān)控的智能接口電路和網(wǎng)絡；主機的監(jiān)控；工業(yè)電視視頻的監(jiān)控系統(tǒng)。采礦區(qū)的變電所無人值守的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)γ旱V井下全部變電所進行實時測控。井下變電所配置的綜合自動化裝置，能夠?qū)ψ冸娝锔邏号潆娧b置與低壓的饋電開關動態(tài)測控。綜合自動化裝置和監(jiān)控主機經(jīng)光纖由光電收發(fā)器連接，監(jiān)控主機和煤礦井下變電所綜合自動化的裝置共同構成測控網(wǎng)絡。井上監(jiān)控主機其作用是數(shù)據(jù)管理機，主要作用于信息的管理、參數(shù)的設置、供電系統(tǒng)的模擬圖顯示與遙測、遙控以及變電所環(huán)境的監(jiān)視等等。

（二）系統(tǒng)功能

1.保護的功能：電流瞬時和限時速斷，過電流、漏電以及電機的保護。

2.報警的功能：系統(tǒng)具有電流越限和斷路器失靈以及瓦斯超限報警的功能等等。

3.測控的功能：系統(tǒng)遙信、遙調(diào)和遙控以及交流采樣遙測。

4.軟件的功能：主接線圖遠程監(jiān)視，設備運行的數(shù)據(jù)監(jiān)控，對綜合自動化的裝置上傳的所有遙測和遙信數(shù)據(jù)進行動態(tài)顯示；對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，通過系統(tǒng)邏輯識別給自動分合閘下達控制指令；遠程診斷以及調(diào)整保護動作值和時限；對事故、報警、越限實時記錄；顯示和打印故障波形。

5.其他的功能：事故的錄波，對交流采樣技術實行采用動態(tài)跟蹤，省去傳統(tǒng)的直流變送器，記錄故障的波型，判斷故障的類型與故障點，對變電所環(huán)境動態(tài)遙視。

（三）系統(tǒng)的硬件設計

1.數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡。井下變電所的綜合自動化的裝置，主要由一到四個的測控單元構成，CPU之間運用RS一485的現(xiàn)場總線；運用多模光纜進行連接，通信的介質(zhì)選取16芯和8芯的屏蔽電纜，其傳輸距離能大于10km，通信的速率也大于9600bps。

2.煤礦井下變電所的綜合自動化裝置的設計。綜合自動化的裝置結構主要是由電源、CPU、光電隔離的交流采樣和光電的隔離開關量的采樣以及運動控制的模塊組成。

3.智能接口電路。將其設置在中央變電所，能夠接16個光端的接口，從而連接整個煤礦井下變電所的綜合自動化的裝置。

4.監(jiān)控主機。放置在隊值班市和科調(diào)度室的供電指揮場所內(nèi)，主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理、指令的發(fā)送、系統(tǒng)接線圖的顯示、報表的打印、參數(shù)的設置、報警的顯示、變電所內(nèi)環(huán)境的監(jiān)視等，因此多用商用的多媒體計算機。

（四）系統(tǒng)軟件的設計

1.監(jiān)控軟件。主要采用變電所的監(jiān)控軟件，windowsXP環(huán)境。使用SCADA數(shù)據(jù)采集監(jiān)控的系統(tǒng)軟件進行編制。主要實現(xiàn)：遙控操作、報表生成、事件記錄、遠程調(diào)試等等。

2.視頻監(jiān)控軟件。主要是用來控制變電所的遠程燈光照明、攝像儀的云臺、同時能夠在發(fā)生事故時及時報警，并自動將其錄入現(xiàn)場圖像。

四、結語

總之，煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代化的數(shù)字自動化技術，利用大型開放式的分布式控制網(wǎng)絡系統(tǒng)，代替了傳統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)模式，建立起集礦山監(jiān)測，控制，管理于一體的自動化監(jiān)控運行網(wǎng)絡，確保煤礦安全和生產(chǎn)過程的實時的管理與監(jiān)控，使整個煤礦安全高效生產(chǎn)，這樣便可達到使用人工少，運營成本低的目標，將提高煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

[1]滿守林.煤礦井下變電所監(jiān)控系統(tǒng)的安裝測試與改進[J].2014.

[2]杜偉石.我國煤礦并下供電的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].2015.