臨汾宏大豁口煤礦礦井自動(dòng)化供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

馬燕慶

（臨汾宏大豁口煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

1 概述

臨汾宏大豁口煤礦煤炭產(chǎn)量持續(xù)增加，井下增加新型機(jī)電設(shè)備較多，電網(wǎng)參數(shù)計(jì)算的節(jié)點(diǎn)和難度急速增加，當(dāng)前井下供電系統(tǒng)的計(jì)算邏輯和計(jì)算方法實(shí)時(shí)程度低，井下供電系統(tǒng)圖繪制依靠人工實(shí)現(xiàn)。針對(duì)當(dāng)前井下供電系統(tǒng)智能化程度低、時(shí)效性差等問題，對(duì)井下供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[1-4]，以滿足智慧礦山發(fā)展理念的需求。

2 自動(dòng)化供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

井下自動(dòng)化供電系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，按照供電系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能作用劃分為四大模塊，分別是井下供電模塊、機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)管理模塊、供電圖繪制管理模塊以及統(tǒng)計(jì)輸出模塊。各模塊單獨(dú)實(shí)現(xiàn)功能，模塊數(shù)據(jù)源相互交叉。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖如圖1。

各模塊分別執(zhí)行系統(tǒng)的不同功能：井下供電模塊主要實(shí)現(xiàn)井下電網(wǎng)供電計(jì)算、機(jī)電設(shè)備電器型號(hào)選擇以及電網(wǎng)繼電保護(hù)整定等功能。電網(wǎng)供電計(jì)算是自動(dòng)化供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要對(duì)接入設(shè)備的井下供電電網(wǎng)的變壓器需用容量、長時(shí)載流量、各類電壓損失以及電網(wǎng)電流等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；機(jī)電設(shè)備電器型號(hào)選擇功能是以電網(wǎng)供電計(jì)算單元為基礎(chǔ)的，利用電網(wǎng)計(jì)算與接入電網(wǎng)的各類機(jī)電設(shè)備實(shí)際電器參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)以及采掘設(shè)備等井下用電量較大機(jī)械設(shè)備的型號(hào)選擇；對(duì)于井下大型用電設(shè)備的啟停以及照明設(shè)備的開關(guān)，需要通過繼電器控制，供電模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類繼電器的選型和整定。

圖1 臨汾宏大豁口煤礦井下自動(dòng)化供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖

電器設(shè)機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)管理模塊，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)的各類參數(shù)進(jìn)行收集、計(jì)算、記錄、保存以及實(shí)時(shí)更新等功能，也可以通過外接接口，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)進(jìn)行提取、編輯等。由于近年來臨汾宏大豁口煤礦井下機(jī)電設(shè)備種類更新速度較快，因此本自動(dòng)化供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方案中增加了機(jī)電設(shè)備符號(hào)庫，通過對(duì)符號(hào)庫數(shù)據(jù)的不斷更新，可以使機(jī)電設(shè)備符號(hào)庫處于最新狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的供電系統(tǒng)圖具有統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)性。

供電圖繪制管理模塊可以通過井下機(jī)電設(shè)備實(shí)際布置圖的輸入，自動(dòng)生成機(jī)電設(shè)備供電圖，展示井下機(jī)電設(shè)備用電關(guān)系以及與其他電器元件之間的相對(duì)位置關(guān)系，便于機(jī)電設(shè)備的管理和維護(hù)。供電圖與機(jī)電設(shè)備布置圖的相互關(guān)聯(lián)性，是該自動(dòng)化供電系統(tǒng)的重要功能。

統(tǒng)計(jì)輸出模塊能夠按照設(shè)計(jì)需求，將系統(tǒng)中的各類參數(shù)數(shù)據(jù)通過程序?qū)肽０逯?，并進(jìn)行打印。

3 井下自動(dòng)化供電系統(tǒng)建模

井下自動(dòng)化供電系統(tǒng)是對(duì)井下所有的用電設(shè)備進(jìn)行整合，保證供電有效性和安全性。井下各種機(jī)電設(shè)備、電器相關(guān)件等都要納入自動(dòng)供電系統(tǒng)中，所以該系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多層次綜合系統(tǒng)，電網(wǎng)電器設(shè)備種類多，按照一定的規(guī)則進(jìn)行設(shè)備關(guān)系總結(jié)，是自動(dòng)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。為了完成電網(wǎng)設(shè)備關(guān)系的存儲(chǔ)和表達(dá)，井下自動(dòng)供電系統(tǒng)電器設(shè)備層次關(guān)系如圖2。

圖2 井下自動(dòng)化供電系統(tǒng)電器設(shè)備層次關(guān)系圖

將電網(wǎng)電器設(shè)備分層次分類后，系統(tǒng)將不同屬性的電器設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)模型建立，并將設(shè)備計(jì)算模型插入到對(duì)應(yīng)的設(shè)備實(shí)體模型當(dāng)中，既可以實(shí)現(xiàn)不同電器設(shè)備結(jié)構(gòu)的獨(dú)立要求，也能滿足電網(wǎng)供電計(jì)算需求，同時(shí)對(duì)于電器設(shè)備模塊的獨(dú)立維護(hù)也是友好的。

4 自動(dòng)化供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

井下供電系統(tǒng)首先利用供電圖繪制管理模塊完成臨汾宏大豁口煤礦井下供電系統(tǒng)圖的繪制，利用供電系統(tǒng)圖明確井下電網(wǎng)電器之間的拓?fù)潢P(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行供電系統(tǒng)電源輸出電壓以及電路短路容量的確定，進(jìn)而確定電網(wǎng)高壓電器的額定電壓值，同時(shí)設(shè)置變壓器系統(tǒng)額定電壓，確定電網(wǎng)低壓電器的額定電壓值。對(duì)電器設(shè)備電氣參數(shù)設(shè)置完成后，電網(wǎng)負(fù)載負(fù)荷數(shù)據(jù)即可得出，參照該數(shù)值進(jìn)行變壓器選型。對(duì)于電纜的選擇，首先根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)確定電纜的電壓等級(jí)，再次通過系統(tǒng)的拓?fù)潢P(guān)系在對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)電纜中選取適合的型號(hào)。系統(tǒng)短路電流數(shù)值，對(duì)于系統(tǒng)安全保護(hù)電器元件的選型具有重要指導(dǎo)意義，同時(shí)用電設(shè)備的熱穩(wěn)定性也需要通過短路電流來檢驗(yàn)。系統(tǒng)會(huì)以Word 或者組成報(bào)表的形式將輸出內(nèi)容打印出來。整個(gè)設(shè)計(jì)流程如圖3。

圖3 自動(dòng)化供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

5 系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性，臨汾宏大豁口煤礦對(duì)該井下自動(dòng)化供電系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是基于該系統(tǒng)的電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)統(tǒng)計(jì)以及電纜設(shè)備的自動(dòng)選型等功能的校驗(yàn)。圖4為系統(tǒng)的供電系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)界面，系統(tǒng)的額定電壓可以自行選擇，需用系數(shù)的設(shè)置既可以通過系統(tǒng)預(yù)置選擇，也可以手動(dòng)進(jìn)行系數(shù)數(shù)值輸入，工作面設(shè)置也可以手動(dòng)選擇，參數(shù)輸入完成后，系統(tǒng)會(huì)將所需容量數(shù)值自動(dòng)計(jì)算出來，進(jìn)而確定變壓器型號(hào)。圖5為系統(tǒng)連接電纜型號(hào)確定界面，系統(tǒng)參數(shù)選擇分別有電纜系列、導(dǎo)線類型、導(dǎo)線截面積、環(huán)境溫度、長時(shí)允許電流以及電纜長度等，還可以自動(dòng)計(jì)算出電纜的壓損等數(shù)據(jù)。

圖4 系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)界面圖

圖5 電纜選型界面圖

6 結(jié)論

臨汾宏大豁口煤礦為了提升井下供電系統(tǒng)的智能化，適應(yīng)新型機(jī)電設(shè)備的入網(wǎng)需求，以模塊化的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了基于臨汾宏大豁口煤礦實(shí)際井下電器設(shè)備狀況的可視化自動(dòng)供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過構(gòu)建自動(dòng)供電系統(tǒng)模型，整合井下供電設(shè)備關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算、供電圖自動(dòng)繪制以及電器設(shè)備自動(dòng)選型等功能，提升了臨汾宏大豁口煤礦井下供電系統(tǒng)的智能性和穩(wěn)定性。