馬蘭礦井下供電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用*

李偉偉

(西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 太原 030205)

0 引 言

供電系統(tǒng)是完成電能分配、消費(fèi)、管理的重要組成部分，它的首要任務(wù)是保障供電的安全、穩(wěn)定、可靠性[1]。煤礦供電系統(tǒng)的安全可靠直接關(guān)乎煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)與職工人身安全[2]。隨著煤礦企業(yè)自動(dòng)化水平的提升，煤礦企業(yè)的井下設(shè)備朝著大功率、變頻化的方向發(fā)展，設(shè)備種類與容量都在不斷增加，使得電力設(shè)備的使用廣度與深度不斷增大，導(dǎo)致供電系統(tǒng)日趨復(fù)雜[3]，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)不能及時(shí)有效進(jìn)行故障診斷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)的快速發(fā)展、煤礦井下供電監(jiān)測(cè)技術(shù)也進(jìn)入快速發(fā)展階段，井下供電系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)工作得以發(fā)展。

筆者在保證煤礦供電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定的前提下，針對(duì)馬蘭礦井下8所供電站供電設(shè)備部署情況，基于供電系統(tǒng)可靠性分析原則與方式，設(shè)計(jì)井下供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件與軟件平臺(tái)，解決目前故障監(jiān)測(cè)方面存在的問(wèn)題，提高系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)字化水平，為煤礦的安全生產(chǎn)奠定必要的基礎(chǔ)。

1 馬蘭礦供電系統(tǒng)可靠性分析

馬蘭礦供電供電方式可總結(jié)為充裕性和安全性。煤礦在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)井下通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、排水設(shè)備等一類設(shè)備的供電要求大，必須保證其供電的安全、可靠性。而每次供電故障都將對(duì)井下設(shè)備產(chǎn)生破壞性沖擊，如對(duì)設(shè)備絕緣性降低、電氣壽命縮短等影響。在供電實(shí)際運(yùn)行中其供電可靠性通常要從發(fā)電、輸電和配電等主要環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，故影響可靠性的因素有：

(1) 自然環(huán)境。自然環(huán)境的影響主要是當(dāng)發(fā)生如地質(zhì)災(zāi)害、化學(xué)污染、不穩(wěn)定氣候條件等狀態(tài)下，直接對(duì)供電線路造成破壞，導(dǎo)致供電中斷，進(jìn)而影響供電的可靠性。

(2) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在對(duì)煤礦地面供電電網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可采用單電源輻射接線、環(huán)式接線等方式實(shí)現(xiàn)供電電網(wǎng)的構(gòu)建。但是，單電源輻射接線方式故障的影響時(shí)間久、范圍廣，無(wú)法對(duì)負(fù)荷進(jìn)行全面控制；環(huán)式接線方式運(yùn)行維護(hù)難度大、自動(dòng)化程度低，對(duì)供電可靠性影響大。

(3) 設(shè)備故障。當(dāng)發(fā)生雷電、電磁諧振等狀況時(shí)，供電電網(wǎng)絡(luò)極易產(chǎn)生較高的過(guò)電壓，從而導(dǎo)致供電裝置的故障，所以說(shuō)內(nèi)外過(guò)電壓是影響供電可靠性的關(guān)鍵因素。

2 煤礦供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 馬蘭礦井供電系統(tǒng)分布及存在問(wèn)題

馬蘭礦共有井下變電所8座，分別為：中央變電所、北翼變電所、北三下組煤變電所、南翼變電所、南六變電所、南七變電所、麻家口變電所、南五下組煤變電所。

其中，中央變電所共有4趟電源進(jìn)線，主要為礦井底及井下南翼變電所、北翼變電所供電；南五下組煤變電所共有2趟電源進(jìn)線，該變電所主要為礦井下南五下組煤采區(qū)供電；南翼變電所共有2趟電源進(jìn)線，該變電所主要為礦井下南下組煤采區(qū)供電；麻家口變電所共有2趟電源進(jìn)線，該變電所主要為礦井下南八采區(qū)供電；南七變電所共有4趟電源進(jìn)線，該變電所主要為礦井下南七采區(qū)及南六變電所供電；南六變電所共有2趟電源進(jìn)線，主要為礦井下南六采區(qū)供電；北三下組煤變電所，主要為礦井下北三下組煤采區(qū)供電；北翼變電所共有主要為礦北大巷沿線及北三疏水降壓泵房供電。如表1所列，為馬蘭礦井下8所供電站一次設(shè)備安置基本情況，根據(jù)表1所列，將所設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)硬件布置在每臺(tái)一次供電設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與故障的時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

表1 一次供電生產(chǎn)系統(tǒng)基本情況

這8所變電所供電運(yùn)行總結(jié)為兩大方面問(wèn)題，一方面供電監(jiān)測(cè)力度薄弱，每個(gè)供電所設(shè)備僅能監(jiān)測(cè)到基本電壓、電流等電信號(hào)，監(jiān)測(cè)不到電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，難以實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)判；另一方面現(xiàn)存的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)沒(méi)有形成一個(gè)整體性監(jiān)測(cè)平臺(tái)，各站所之間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地面監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)的通訊存在高延遲、監(jiān)測(cè)結(jié)果高誤差的現(xiàn)狀。根據(jù)馬蘭礦井下供電系統(tǒng)一次供電設(shè)備分布位置，此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)終端在每臺(tái)一次設(shè)備上按裝監(jiān)測(cè)傳感器，確保實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)全覆蓋。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)組成主要包括：數(shù)據(jù)處理單元、中央控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、通信單元等部分。

圖1 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)為應(yīng)對(duì)煤礦供電多故障、數(shù)據(jù)處理量大的需求，中央處理器選用DSP系列TMS320F28335模塊，相比于傳統(tǒng)ARM單片機(jī)處理器，它的數(shù)據(jù)處理能力更為強(qiáng)大，數(shù)字化集成度更高，完全滿足實(shí)際需求。

2.3 存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)電路采用AT24C256存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)，如圖2所示，利用4.7 KΩ的上拉電阻提高傳輸速率。將存儲(chǔ)器模塊A0、A1設(shè)置成為高電平，VDD與電源相連接即可。

圖2 存儲(chǔ)電路圖

3 供電系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為井上監(jiān)測(cè)軟件、井下監(jiān)測(cè)軟件、服務(wù)軟件、通訊服務(wù)軟件。系統(tǒng)利用電器設(shè)備參數(shù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)如變壓器技術(shù)參數(shù)、高低壓開(kāi)關(guān)技術(shù)參數(shù)、電纜技術(shù)參數(shù)、綜采設(shè)備技術(shù)參數(shù)等部分，從而使得中央控制單元可以對(duì)變壓器容量計(jì)算、短路電流計(jì)算、變壓器電壓損耗計(jì)算、設(shè)備用電管理與校驗(yàn)、繼電保護(hù)值等數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)計(jì)算、處理，實(shí)現(xiàn)一次供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。圖3所示的為供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的后臺(tái)配置界面，通過(guò)后臺(tái)可以反應(yīng)出整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的供電參數(shù)、可以選擇網(wǎng)絡(luò)通信方式、對(duì)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看等操作。

圖3 供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的后臺(tái)配置界面

該系統(tǒng)通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、微機(jī)技術(shù)，通過(guò)將安置在各設(shè)備上的高精度傳感器所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸至中央處理器DSP器件，利用DSP處理器對(duì)數(shù)據(jù)的高精度、高速度的處理能力，將傳輸回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、邏輯計(jì)算等，得出分析結(jié)論匯總后利用通訊接口將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行進(jìn)一步分析。該系統(tǒng)的使用解決了馬蘭礦供電監(jiān)測(cè)水平的薄弱、數(shù)據(jù)傳輸高誤差、高延遲的弊端，提高了監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，對(duì)故障實(shí)現(xiàn)了預(yù)判分析。

4 結(jié) 語(yǔ)

首先對(duì)馬蘭煤礦供電系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，基于可靠性理論，根據(jù)井下8所變電站供電方式與設(shè)備部署情況，設(shè)計(jì)了一套煤礦井下供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)井下供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，滿足了煤礦整體供電安全監(jiān)測(cè)的主要業(yè)務(wù)需求，提升了供電的可靠性與信息化水平，對(duì)煤礦電網(wǎng)安全的提升具有重要意義。