礦井智能化供電系統(tǒng)研究

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦 山西 033102）

礦井開采的規(guī)模越來越大促使礦井的供電系統(tǒng)也要隨之?dāng)U大，這就造成礦井供電距離長、級數(shù)多、供電系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)備和零部件型號種類繁多、保護裝置型號也各不一樣，在進行應(yīng)用與管理的過程中容易導(dǎo)致錯誤出現(xiàn)，加大了供電系統(tǒng)運行和保護的難度，從而增大了安全事故出現(xiàn)的概率，因此，基于當(dāng)下情況必須要深入了解礦井供電系統(tǒng)情況，做好礦井智能化供電系統(tǒng)研究，提升礦井供電系統(tǒng)的智能化和可靠性。

1.礦井供電系統(tǒng)現(xiàn)存問題

（1）越級跳閘情況頻發(fā)。在當(dāng)下的供電系統(tǒng)當(dāng)中采用的是多輻射狀供電模式，其在供電距離較長的情況下容易出現(xiàn)迅速性和選擇性的矛盾，面對各級電流短路情況無法實現(xiàn)清晰的判斷。當(dāng)遇到上級、下級或者是本級電纜出現(xiàn)問題的時候無法做出正確的判斷并且采取正確的保護措施，出現(xiàn)越級跳閘的情況。同時，在出現(xiàn)不同級別的短路現(xiàn)象時，當(dāng)下供電系統(tǒng)并不能判斷出短路的范圍，無法進行相應(yīng)的范圍保護，導(dǎo)致斷電現(xiàn)象一步步的擴大，對于礦井安全問題以及礦井的繼續(xù)生產(chǎn)都造成一定的威脅。

（2）保護設(shè)備不靈敏。當(dāng)下供電系統(tǒng)中用的是普通高開綜合保護器，相對于智能化保護器來說有著很多的差異性，一般來說用的時間越長該設(shè)備的靈敏度就越差，在面對電纜、電線出現(xiàn)電流、電壓過大或者是短路的情況往往不能及時的將出現(xiàn)問題的區(qū)域限制住，無法良好的實現(xiàn)其他相關(guān)區(qū)域的保護工作，也會導(dǎo)致越級跳閘的狀況出現(xiàn)。同時傳統(tǒng)設(shè)備的智能化功能不夠，無法實現(xiàn)良好的設(shè)備保護實時性和遠程監(jiān)控問題，容易讓事故從點到面的變化，造成事故的進一步惡化，讓供電系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓的情況，嚴重的還會導(dǎo)致相關(guān)的人員安全事故出現(xiàn)。

（3）缺乏電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。礦井供電系統(tǒng)一般都是在井下搭建，其建設(shè)環(huán)境相對于地面上更為復(fù)雜，而且在整個供電系統(tǒng)的電網(wǎng)維護、設(shè)備維護上有著很大的難度。并且隨著礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，井下供電系統(tǒng)在不斷的擴大，分布的區(qū)域也非常廣闊，設(shè)備和電纜出現(xiàn)多類型、長距離是難免的。一旦出現(xiàn)相關(guān)的供電安全事故則會出現(xiàn)第一次事故原因、位置沒有查明就出現(xiàn)第二次事故，把安全問題不斷的擴大。這一切都是因為傳統(tǒng)供電系統(tǒng)不夠智能化，在全面電網(wǎng)監(jiān)控監(jiān)測當(dāng)中并沒有起到更好的作用，無法做到防范于未然。

（4）缺乏備用供電方案。礦井施工是由各個環(huán)節(jié)相互配合的，如果供電系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重問題則會導(dǎo)致井下開礦停工整頓。在傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)當(dāng)中對于備用供電系統(tǒng)并沒有完善，當(dāng)出現(xiàn)供電系統(tǒng)問題的時候最多也只是啟動應(yīng)急照明燈，對于機械設(shè)備的應(yīng)用大部分還是會選擇停擺狀態(tài)，這不僅影響整個礦井開采進度，還會帶來一定的經(jīng)濟損失，對此，完善的備用供電方案是確保整個供電系統(tǒng)能夠順利運行的基礎(chǔ)。同時，也能夠在針對供電系統(tǒng)進行維護維修的時間段中確保備用系統(tǒng)能夠讓礦井開采順利進行。

2.礦井智能化供電系統(tǒng)建設(shè)措施

(1)引進井下供電系統(tǒng)防越級跳閘保護器

越級跳閘是當(dāng)下礦井供電系統(tǒng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，對此應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)供電系統(tǒng)上增加當(dāng)下較為先進的數(shù)字化變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，當(dāng)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)6kV及以上時保護裝置可以通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)跳閉鎖信息交互，防止供電系統(tǒng)越級跳閘的情況出現(xiàn)，讓保護裝置能夠分清上下級電纜情況，針對實際情況做出相應(yīng)的反應(yīng)。對此，在供電系統(tǒng)中的各個采區(qū)變電所出線柜上安裝相應(yīng)的跳閘信號智能化保護器，再在各個采區(qū)的進線柜安裝好防越級跳閘保護裝置，一旦出現(xiàn)相關(guān)情況的時候可以順利的在各個采區(qū)進行信號接收，然后通過智能化保護器進行信號來源的辨別，做好啟動保護器，防止出現(xiàn)越級跳閘的情況，保障系統(tǒng)能夠順利的進行供電，幫助井下開采的設(shè)備、機械順利運行。

(2)設(shè)立多區(qū)域分段實時監(jiān)控系統(tǒng)

隨著智能技術(shù)的不斷開展，很多供電系統(tǒng)都融入了智能化的實時監(jiān)控系統(tǒng)，對于礦井供電系統(tǒng)來說有著積極的影響。從供電系統(tǒng)的日常維護來看，在傳統(tǒng)的操作當(dāng)中都需要人員深入井下的每一處進行相應(yīng)的觀察和數(shù)據(jù)采集，對供電系統(tǒng)中的各個設(shè)備進行磨損情況監(jiān)測、運行情況檢測。這無疑是需要投入大量的人力物力進行監(jiān)控的，同時工作效率相對比較低下。對此，在智能化的時代應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)實時監(jiān)控系統(tǒng)的建立，將礦井供電系統(tǒng)劃分成多個區(qū)域，針對每一個區(qū)域的供電情況進行歷史數(shù)據(jù)的分析，制定好良好的運行標準值，在安裝實時監(jiān)控儀器的時候設(shè)定好安全值范圍進行電纜、電流、電壓等情況的監(jiān)控。同時，針對供電系統(tǒng)中的每一個設(shè)備的磨損情況做好實時的預(yù)測，盡早的發(fā)現(xiàn)磨損嚴重的部分及時做好替換維護，防止安全事故的出現(xiàn)。通過與當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)相結(jié)合，搭建好井下井上信息實時互通，做好供電系統(tǒng)的實時監(jiān)控，防止安全事故的出現(xiàn)。

(3)引進供電系統(tǒng)智能化設(shè)備

在智能化設(shè)備未出現(xiàn)的時候，傳統(tǒng)供電系統(tǒng)并沒有過多的智能化，整體的運行過程都是要依靠人員進行監(jiān)控、操作。但在當(dāng)今智能化高速發(fā)展的時代背景下，礦井供電系統(tǒng)人員應(yīng)當(dāng)著眼于先進的設(shè)備市場，做好相應(yīng)智能化設(shè)備的引進。首先，可以進行先進礦井開采的實地考察，學(xué)些國內(nèi)外先進智能化設(shè)備的應(yīng)用。其次，做好自身傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的分析，做好整體的結(jié)構(gòu)分布圖搭建，并建立好相應(yīng)的實驗?zāi)Ｐ蛠頌橹悄芑O(shè)備引進做好鋪墊。最后，根據(jù)相應(yīng)結(jié)構(gòu)圖和智能化搭建模型進行傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的改造，將智能化設(shè)備安裝到礦井供電系統(tǒng)當(dāng)中。如：智能化跳閘、智能化警報器、智能化電壓測量、智能化電表、智能化電壓控制器等等，將其按照供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖安裝到其中，并實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)儲存，為往后建立大數(shù)據(jù)供電系統(tǒng)模型做好基礎(chǔ)奠定。

(4)搭建井上智能化控制平臺

智能化供電系統(tǒng)的研究建設(shè)不僅僅是在井下進行搭建，還要做好井上智能化控制平臺建設(shè)，這樣一來可以對井下供電系統(tǒng)的整個運行情況做到實時的檢測，對整個供電系統(tǒng)運行狀態(tài)、故障預(yù)判、相關(guān)參數(shù)分析以及相應(yīng)的供電、停電操作都能夠?qū)崿F(xiàn)井上操作，節(jié)省下大量的人力成本以及時間成本。對此，可以利用智能化UAPC控制平臺進行井上控制平臺搭建，通過建立井下光纖通道、利用好網(wǎng)絡(luò)信息的傳播技術(shù)將井下實時監(jiān)控的各類型數(shù)據(jù)信息回傳到井上控制平臺當(dāng)中，把每一個采區(qū)的供電情況、設(shè)備用電情況都進行一一的數(shù)據(jù)信息傳遞，實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息共享功能。同時，利用好大數(shù)據(jù)信息技術(shù)進行相應(yīng)數(shù)據(jù)信息的分析，做好設(shè)備磨損情況的分析、事故發(fā)生前的信息預(yù)判以及跳閘現(xiàn)象預(yù)判。此外，還要結(jié)合相應(yīng)的GPS定位系統(tǒng)進行故障出現(xiàn)地點的信息獲取，讓相關(guān)故障維修人員能夠快速的發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)的地點，及時的進行故障修復(fù)確保供電系統(tǒng)能夠快速的投入使用。

(5)加強智能化保護設(shè)備建設(shè)

供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障很容易出現(xiàn)故障快速的蔓延，進而加大事故的嚴重性，造成火災(zāi)或者人員傷亡等情況。因此，在保護設(shè)備上應(yīng)當(dāng)加強建設(shè)與研究。首先，做好越級速斷保護，智能設(shè)備監(jiān)控到供電系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)越級關(guān)閘的情況應(yīng)當(dāng)快速的進行電流、電壓的斷開，快速做好正確的電閘關(guān)閉，避免不正當(dāng)?shù)碾婇l關(guān)閉操作讓整個供電系統(tǒng)出現(xiàn)相關(guān)的錯亂，導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)。然后，在供電的各個采區(qū)當(dāng)中做好相應(yīng)的智能總開關(guān)設(shè)置，一旦在采區(qū)當(dāng)中出現(xiàn)供電事故，則在井上可以進行該采區(qū)的關(guān)閘作用，防止繼續(xù)通電而加強事故嚴重性，將事故的面積延伸到另一個采區(qū)當(dāng)中。最后，做好電壓、負荷與接地的智能設(shè)備建設(shè)。一旦出現(xiàn)電壓、負荷過大的情況則立即啟動預(yù)警報告，讓井上技術(shù)人員進行相應(yīng)電壓與負荷的調(diào)整。同時，做好及時關(guān)閉其與采礦設(shè)備的連接，防止繼續(xù)增大電纜的負荷，引發(fā)電路癱瘓短路。此外，惡劣的雷雨天氣應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)雷電的接地操作，防止雷電影響到礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。以及，供電系統(tǒng)內(nèi)部電流的接地設(shè)置也要做好智能化轉(zhuǎn)變，讓供電系統(tǒng)能夠快速的應(yīng)對一些突發(fā)情況，防止出現(xiàn)相應(yīng)的漏電現(xiàn)象，讓供電系統(tǒng)能夠順利可靠的運行下去。如此一來，才能夠讓整個礦井開采工作得以順利進行，提升整體開采效率。

(6)智能搭建多段位備用供電系統(tǒng)

礦井的不斷擴大導(dǎo)致供電系統(tǒng)涉及的區(qū)域非常廣闊，讓供電系統(tǒng)管理、檢測監(jiān)控起來非常困難。而且一旦出現(xiàn)相應(yīng)的安全事故則難以選擇到相應(yīng)的故障點，為避免該情況的出現(xiàn)應(yīng)當(dāng)做好多段位智能供電備用系統(tǒng)的搭建，在礦井當(dāng)中分區(qū)域進行供電系統(tǒng)劃分，并做好相應(yīng)的備用系統(tǒng)搭建。一旦原來的供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以智能化的啟動備用供電系統(tǒng)，穩(wěn)定整個供電系統(tǒng)的運行。同時，備用供電系統(tǒng)的建立更能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理，當(dāng)某個電纜或者是設(shè)備的老化、對于負荷承受不住的可以自動進行備用供電系統(tǒng)的采用，在整個過程當(dāng)中可以及時的防止因為設(shè)備情況而出現(xiàn)的供電系統(tǒng)安全問題，在很大的程度上可以有效的減少事故的出現(xiàn)，確保供電系統(tǒng)的安全運行。

3.結(jié)束語

總之，礦井智能化供電系統(tǒng)研究建設(shè)是重大的發(fā)展方向。智能化的出現(xiàn)可以大大降低事故停電的概率，避免因供電問題出現(xiàn)的安全事故問題，確保礦井開采工作能夠順利的進行。同時，智能化供電系統(tǒng)能夠高效的進行自我安全監(jiān)測，能夠自行監(jiān)控運行情況，甚至對于一些微小的供電越級變化行為能夠進行自動化調(diào)整，大大提升了整個供電系統(tǒng)操作效率，也提升了維護與維修的效率，對于礦井開采來說能夠有效的提升開采效率，為礦產(chǎn)企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟利益。