煤礦井下供電自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

秦鵬 云龍

摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的煤礦開采行業(yè)面臨新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，由于煤礦開采長時(shí)期進(jìn)行井下作業(yè)，其供電系統(tǒng)對(duì)整個(gè)行業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著科技水平的不斷提高，井下供電系統(tǒng)也有所創(chuàng)新和完善，為煤礦開采提供了安全的運(yùn)行環(huán)境，極大的促進(jìn)了行業(yè)發(fā)展。文章主要對(duì)煤礦井下供電自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行具體的研究，探討具體的設(shè)計(jì)思路，望能夠?yàn)橥袠I(yè)帶來借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；供電自動(dòng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)思路；數(shù)據(jù)模型

1煤礦井下供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性

伴隨著科技的日益發(fā)展，煤礦開采行業(yè)對(duì)井下供電系統(tǒng)提出了更高的要求，實(shí)現(xiàn)井下供電自動(dòng)化有著重要意義，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：第一，提高了井下供電質(zhì)量。井下供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)井下作業(yè)時(shí)，由于受到惡劣環(huán)境的影響而出現(xiàn)電路中斷這一現(xiàn)象，充分利用交換機(jī)的功能特性，為井下供電提供不間斷電源，這種供電設(shè)計(jì)明顯的提高了井下供電質(zhì)量，為井下作業(yè)的供電運(yùn)行提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。第二，保證了施工人員井下作業(yè)安全。對(duì)于煤礦開采行業(yè)而言，電力是其實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的主要因素，只有安全可靠的電力供應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)煤礦開采的安全生產(chǎn)。然而，近幾年來因供電中斷而發(fā)生的重大事故也時(shí)有發(fā)生，比如說水泵停開出現(xiàn)淹井、設(shè)備停用發(fā)生瓦斯爆炸等，而供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。第三，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。良好的供電系統(tǒng)在保障了人員安全的同時(shí)，也為煤礦開采企業(yè)帶來了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

煤礦井下供電自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括自動(dòng)計(jì)算電纜長度、自動(dòng)生成供電系統(tǒng)圖、自動(dòng)計(jì)算供電參數(shù)和自動(dòng)生成供電設(shè)計(jì)報(bào)告4個(gè)功能模塊。（1）自動(dòng)計(jì)算電纜長度。在供電設(shè)備布置圖中，根據(jù)電纜實(shí)體與機(jī)電設(shè)備實(shí)體間的空間拓?fù)潢P(guān)系，判斷機(jī)電設(shè)備實(shí)體在巷道底板、回采工作面或掘進(jìn)工作面底板三維空間坐標(biāo)、電纜實(shí)體連接的機(jī)電設(shè)備數(shù)量、電纜實(shí)體中問點(diǎn)數(shù)量及中問點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算機(jī)電設(shè)備實(shí)體間電纜長度，以電纜實(shí)體的基本特征信息顯示在供電系統(tǒng)圖中。（2）自動(dòng)生成供電系統(tǒng)圖。根據(jù)供電設(shè)備布置圖中電纜實(shí)體與機(jī)電設(shè)備實(shí)體空間關(guān)系，自動(dòng)生成供電系統(tǒng)圖，快捷地繪制出供電系統(tǒng)圖，修改設(shè)備布置圖同時(shí)能完成供電系統(tǒng)圖的修改，實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備布置圖與供電系統(tǒng)圖的關(guān)聯(lián)。（3）供電設(shè)備電氣參數(shù)計(jì)算。通過對(duì)供電參數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算模型的封裝，系統(tǒng)自動(dòng)完成負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算、長時(shí)載流計(jì)算、電壓損失計(jì)算、短路電流計(jì)算、整定保護(hù)計(jì)算等。當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，通過更新當(dāng)前圖形數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能及時(shí)設(shè)置改變后的參數(shù)數(shù)據(jù)并自動(dòng)完成相關(guān)參數(shù)的重新計(jì)算。（4）自動(dòng)生成供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告是設(shè)計(jì)人員備份供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程、校驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟的有效依據(jù)，是依托word可視化的集成環(huán)境、強(qiáng)大的編輯功能、內(nèi)嵌的COM接口，定制供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告模板，通過程序識(shí)別模板中Word的Application對(duì)象，動(dòng)態(tài)地把供電設(shè)計(jì)中詳細(xì)計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果自動(dòng)填寫到報(bào)告模板中，快速形成供電設(shè)計(jì)報(bào)告。

3供電自動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織模型

3.1幾何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型

在煤礦井下供電自動(dòng)設(shè)計(jì)中，將供電設(shè)備實(shí)體抽象成點(diǎn)，而將電纜實(shí)體抽象為線條，由于點(diǎn)、線是不具備面積的，同時(shí)點(diǎn)還不具有長度數(shù)值，這樣便于對(duì)空間拓?fù)潢P(guān)系的確定。幾何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了結(jié)點(diǎn)-弧線的數(shù)據(jù)組織，如果存在結(jié)點(diǎn)信息時(shí)，可以通過計(jì)算求得相應(yīng)的派生弧段信息，與之相同，如果存在某些弧段信息，也可對(duì)相應(yīng)的派生結(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行求解。

3.2幾何網(wǎng)絡(luò)矢量數(shù)據(jù)模型

矢量數(shù)據(jù)模型與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型具有很多的共性，是拓?fù)淠Ｐ偷奶厥庑问?，主要也是通過建立結(jié)點(diǎn)-弧線數(shù)據(jù)組織模型，處理弧段與結(jié)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。針對(duì)井下供電自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，將機(jī)電設(shè)備描述為點(diǎn)，電纜實(shí)體描述為線，通過幾何解析，確立空間關(guān)系。

3.3電纜長度計(jì)算模型

電纜長度計(jì)算是基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，首先通過結(jié)點(diǎn)處高程值的判斷，從而確定機(jī)電設(shè)備的具體空間位置，為下一步的電纜長度計(jì)算提供可靠的坐標(biāo)依據(jù)。對(duì)機(jī)電設(shè)備的三維空間坐標(biāo)判斷之后，包括設(shè)備實(shí)體在回采工作面、巷道底板、掘進(jìn)工作面底板等幾處的坐標(biāo)情況，可根據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系和起始結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，電纜的起始結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表示為（xs，ys，zs），末結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)表示為（xs，ys，zs），該種計(jì)算方式主要是先計(jì)算分段電纜長度，然后將所有計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相加，最終得到電纜的總長度。

3.4供電設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)模型

由于供電系統(tǒng)中設(shè)備與電纜不具有線性關(guān)系，因此難以通過具體的公式進(jìn)行計(jì)算，基于此，可以通過結(jié)點(diǎn)-弧線數(shù)據(jù)組織模型，將機(jī)電設(shè)備與電纜實(shí)體之間的邏輯關(guān)系表達(dá)出來，為供電設(shè)備參數(shù)的確定提供依據(jù)。供電設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)模型，主要是將供電網(wǎng)絡(luò)描述為樹狀結(jié)構(gòu)，供電網(wǎng)絡(luò)的起始結(jié)點(diǎn)是樹狀結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)，并以這兩結(jié)點(diǎn)為開始，依次對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遍歷計(jì)算。

4煤礦井下供電自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)

煤礦的供電自動(dòng)化系統(tǒng)可以算得上是煤礦的重要子系統(tǒng)之一，近些年來也得到了高速發(fā)展，在全國的煤炭行業(yè)中也相繼得到了廣泛重視及其應(yīng)用。縱觀所有工程中的供電自動(dòng)化系統(tǒng)，它們無一不運(yùn)用了變電所一級(jí)的用電設(shè)備與開關(guān)，而且伴隨著信息化技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦井中的供電自動(dòng)化系統(tǒng)被逐一運(yùn)用到大多數(shù)的供電系統(tǒng)中。另外，因?yàn)楝F(xiàn)在的很多用電設(shè)備都受到了技術(shù)上，成本上和環(huán)境等因素的影響，都并不具備有局扇開關(guān)，高低壓開關(guān)等功能，基于此，未來的煤礦自動(dòng)化供電系統(tǒng)需要依賴更多的設(shè)備廠家生產(chǎn)出更多智能化具有通信功能的用電設(shè)備。

5結(jié)束語

綜上所述，在科技快速發(fā)展的新時(shí)期，煤礦井下供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)不斷的推陳出現(xiàn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了電纜長度、供電設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算，同時(shí)可自動(dòng)生成供電系統(tǒng)圖及設(shè)計(jì)報(bào)告，為井下供電提供了安全的運(yùn)行保障，進(jìn)一步促進(jìn)了煤礦開采行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹公界.煤礦井下供電自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018.32.0100.

[2]付勇.煤礦井下供電自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016.07.13-14.

（作者單位：臨沂礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司）