煤礦井下供電設(shè)備監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)研究

郭輝 冀鋒

山東新巨龍能源有限責(zé)任公司 山東菏澤 274000

目前，國(guó)內(nèi)外在供電設(shè)備的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的理論和實(shí)踐研究的程度還不夠深入，因此結(jié)合現(xiàn)有的供電設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的故障或者還沒有發(fā)現(xiàn)的問題（如停電后不能立即輸送電能等），探討以太網(wǎng)通訊技術(shù)、數(shù)字化集成電路技術(shù)和繼電保護(hù)理論在現(xiàn)有的供電設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上創(chuàng)新的可行性，以便實(shí)現(xiàn)礦井下供電的監(jiān)控系統(tǒng)能夠開發(fā)出四遙功能（遙測(cè)、遙調(diào)、遙信、遙控）[1]。

1 井下供電設(shè)備的故障監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

據(jù)現(xiàn)有的供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)分析，井下的供電設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有故障但沒有發(fā)現(xiàn)、無故障跳電、停電后不能及時(shí)輸送等問題，而其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于技術(shù)落后與機(jī)械設(shè)備和供電設(shè)備技術(shù)之間不相匹配的矛盾，不能及時(shí)地進(jìn)行預(yù)警和做出絕緣處理，也不能精確地定位設(shè)備故障和系統(tǒng)漏洞，造成漏電保護(hù)不可靠。這樣容易給供電系統(tǒng)造成不穩(wěn)定的影響，甚至影響其電能輸送的質(zhì)量和穩(wěn)定性，也會(huì)造成供電設(shè)備損壞、報(bào)廢（如開關(guān)故障、局扇故障等），隨時(shí)都有可能引發(fā)惡性的安全事故。

2 煤礦井下供電監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的作用

當(dāng)前我國(guó)有很多煤礦企業(yè)井下的供電系統(tǒng)都采用的是人工值守的方式，利用綜合保護(hù)器進(jìn)行就地操作，而由于井下的工作面經(jīng)常發(fā)生變動(dòng)，因而變電站需要頻繁地移動(dòng)，這就導(dǎo)致井下中央變電所和采區(qū)變電所分布分散。并且，由于井下工作條件惡劣，井下眾多的供電設(shè)備的運(yùn)行都會(huì)受到一定的影響，僅僅依靠人力來控制井下供電設(shè)備的運(yùn)行不僅會(huì)給相關(guān)操作人員帶來無法估量的危險(xiǎn)，再加上無法對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)的反饋，因而在煤礦的生產(chǎn)過程中仍會(huì)出現(xiàn)諸多安全隱患。

3 井下供電設(shè)備及其系統(tǒng)的概述

礦井下的供電系統(tǒng)的用電負(fù)荷應(yīng)按照不同的設(shè)備需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如井下主排水泵、人員升降副立絞車等應(yīng)設(shè)計(jì)一級(jí)負(fù)荷供電，主井的提升設(shè)備、裝載設(shè)備等采用二級(jí)負(fù)荷用電的設(shè)計(jì)。在井下供電系統(tǒng)中，其所使用的設(shè)備主要包括了磁力啟動(dòng)器、變壓器、綜保、饋電開關(guān)等，這些設(shè)備都需具備防爆、自動(dòng)隔絕電力的功能，其中變壓器的配置不得少于 2臺(tái)，電源線的進(jìn)線和母線的分段中應(yīng)裝有斷路器[2]。

3.1 井下供電設(shè)備的三大被動(dòng)保護(hù)措施

過電流保護(hù)。供電設(shè)備中電流異常大的現(xiàn)象稱為“過電流”，當(dāng)供電設(shè)備內(nèi)通過的電流超過了其設(shè)計(jì)能夠承受的最大電流的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致供電設(shè)備出現(xiàn)損壞。而對(duì)于煤礦井下來講，過電流所帶來的熱量很容易導(dǎo)致井下瓦斯的爆炸等安全事故，因此必須對(duì)井下的供電設(shè)備進(jìn)行過電流保護(hù)。

漏電保護(hù)。漏電是電網(wǎng)經(jīng)常容易出現(xiàn)的問題，一般由于電網(wǎng)處在惡劣的環(huán)境之下，導(dǎo)致電纜的絕緣層受到了損傷，繼而發(fā)生的漏電現(xiàn)象，被稱為集中性漏電。而整個(gè)電網(wǎng)線路的絕緣水平偏低，從而導(dǎo)致整個(gè)線路都發(fā)生漏電的現(xiàn)象，則稱為分散性漏電。由此可見，對(duì)井下供電設(shè)備進(jìn)行漏電保護(hù)是非常重要的。

保護(hù)接地。保護(hù)接地是將供電設(shè)備的外殼同大地相連接起來，由此將異常的電流導(dǎo)入地下，以達(dá)到對(duì)供電設(shè)備的保護(hù)的目的。

3.2 數(shù)據(jù)采集服務(wù)器

所謂的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器是利用相關(guān)的硬件和軟件系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集井下供電設(shè)備運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器能夠定時(shí)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，根據(jù)操作者的要求實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，控制對(duì)數(shù)據(jù)的停止采集或者不斷采集、修改終端參數(shù)，如各種報(bào)警限值、傳感器量程等。通過數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的設(shè)定和應(yīng)用，能夠及時(shí)監(jiān)控井下供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)井下供電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)超過警戒值，則自動(dòng)停機(jī)或者提醒操作者。對(duì)于井下供電設(shè)備的任何異常情況都會(huì)記錄在案，以便于接下來的故障維修或者井下機(jī)械設(shè)備的定期維護(hù)工作。一般來說，井下數(shù)據(jù)采集服務(wù)器是有多套的，這樣才能保證一個(gè)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)還能夠接著使用。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器相當(dāng)于人類的眼和耳，能夠自主收集各種信息，為其他供電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考性的依據(jù)。

3.3 通訊服務(wù)器在數(shù)據(jù)采集服務(wù)器

收集了井下供電設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)之后，需要利用通訊服務(wù)器來將手機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞和處理。通訊服務(wù)器中所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)都是經(jīng)過提煉整理的，這樣就極大地減少了信息的冗余度，避免沒有用的信息占用過大的內(nèi)存空間，提高系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 井下電力監(jiān)測(cè)分站各模塊及其功能

4.1 工業(yè)嵌入式通訊服務(wù)器

工業(yè)嵌入式通訊服務(wù)器是保證井下電力監(jiān)測(cè)分站與地面控制中心主機(jī)實(shí)現(xiàn)良好地?cái)?shù)據(jù)交換的保證。

4.2 監(jiān)測(cè)主機(jī)

一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用雙機(jī)備用模式，通過 R S485 接口將井下當(dāng)?shù)?PLC 控制模塊、綜合保護(hù)器等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、傳送，將井下各供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)實(shí)時(shí)傳送到地面主站，起橋梁的作用。

4.3 信息采集模塊

科技的發(fā)展帶來了數(shù)據(jù)采集儀器的更新。當(dāng)前各種采集儀器的精度都非常高，可采集現(xiàn)場(chǎng)母線三相電壓、電流、功率等隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量，高低壓開關(guān)觸點(diǎn)的合、分閘狀態(tài)屬于數(shù)字量，設(shè)置兩個(gè)通道，分別通過光電隔離、濾波裝置進(jìn)行模擬量和數(shù)字量的采集和處理，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，存儲(chǔ)在監(jiān)測(cè)分站主機(jī)存儲(chǔ)器，并通過地面交換機(jī)將信息傳送給地面監(jiān)控主站。

為降低井下供電設(shè)備發(fā)生故障的幾率，探究了煤礦井下供電設(shè)備監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。通過對(duì)煤礦井下供電設(shè)備監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，能有效地從地面了解井下各供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證井下供電設(shè)備的有效運(yùn)行，降低安全隱患，從而為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠的保障[3]。