井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)應用

張樂

摘要：針對當前無法實現(xiàn)對井下設備運行狀態(tài)及用電情況進行實時監(jiān)控的問題，在分析現(xiàn)有井下供電監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎上，開展了井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案及關鍵分系統(tǒng)的設計研究，并將該系統(tǒng)進行了6個月的現(xiàn)場測試驗證。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)運行良好，具有較高的智能化程度及運行穩(wěn)定性，能夠很好地監(jiān)測設備的運行情況及發(fā)生的故障類型，并實時顯示及報警提示，在井下安全生產(chǎn)保障中發(fā)揮著重要作用，實際應用價值重大。

關鍵詞：煤礦;井下;供電;安全監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TD76 文獻標志碼：A 文章編號：1009—9492（2021）03—0250—03

0引言

當前，國家對煤礦的安全生產(chǎn)提出了更高的要求，也越來越重視將當前先進的智能化控制技術(shù)應用到煤礦設備中，實現(xiàn)煤礦設備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設。其中，實現(xiàn)井下設備供電過程的實時監(jiān)控，成為當前提高煤礦安全生產(chǎn)建設的重要組成部分，但在井下設備運行過程中，僅實現(xiàn)了設備的供電電氣設計，無法實現(xiàn)對設備供電過程的監(jiān)測控制。井下供電事故一旦發(fā)生，將可能造成井下大面積停電、設備無法正常作業(yè)等現(xiàn)象，甚至會使其關鍵作用的設備突然斷電而出現(xiàn)失效現(xiàn)象，這將給井下作業(yè)的安全性及煤礦的開采率造成巨大影響，對井下設備實施供電系統(tǒng)監(jiān)測顯得尤為重要。

為此，本文在分析現(xiàn)有井下供電系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)狀的基礎上，開展了井下設備供電系統(tǒng)的總體方案設計及關鍵分系統(tǒng)設計研究，并進行了實際應用測試，這對提高井下的作業(yè)安全及降低企業(yè)運行成本具有重大意義。

1現(xiàn)有井下供電監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

當前，國家已逐步加大對煤礦井下安全的重視，正在逐步將當前先進的智能化、自動化控制技術(shù)應用到煤礦安全生產(chǎn)中。井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)屬于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的一個分系統(tǒng)。但經(jīng)資料調(diào)研，當前在井下配電及供電監(jiān)控方面，基本未進行專門的供電安全監(jiān)控系統(tǒng)設計，僅實現(xiàn)了井下設備的供電系統(tǒng)建設，也有相關研究機構(gòu)開展了供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究，但還處于基礎研發(fā)階段，并未進行大量的市場應用推廣。井下設備運行過程中，所需電量相對較高，但由于未進行地面監(jiān)控中心及井下供電信號采集系統(tǒng)的設計，導致無法對井下設備的用電情況及運行參數(shù)進行實時監(jiān)控，也無法對設備的用電安全進行保護。同時，當前井下供電系統(tǒng)主要采用獨立的綜合保護器及隔爆兼本安型的保護裝置，但大部分均為預留相關的通訊接口，無法實現(xiàn)設備的向外通訊及數(shù)據(jù)的遠距離傳輸，要想在此基礎上增加供電的監(jiān)控系統(tǒng)相對較難，且所需成本相對較高，施工周期也相對較長。因此，在現(xiàn)有供電設備上，增加供電安全監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的難度。

2井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設計

結(jié)合當前井下供電設備存在的問題，開展了煤礦供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計研究。所設計供電安全監(jiān)控系統(tǒng)由地面監(jiān)控主站、井下監(jiān)控分站及井下各電力監(jiān)控單元等組成。其中，監(jiān)控系統(tǒng)的底端包括了多種隔爆兼本質(zhì)安全型的終端保護裝置，主要對井下各設備的運行參數(shù)及用電情況進行信號檢測，通過雙絞線及RS485通訊接口進行信號的傳輸，由監(jiān)控系統(tǒng)分站中的各類變電所進行信號的采集、計算、數(shù)據(jù)匯總等操作，并經(jīng)過信號處理后，經(jīng)過光端機的信號分析及傳輸，最終將用電信號傳輸至上端的監(jiān)控主機、備用機及顯示大屏幕上，人員可通過顯示界面對設備的用電情況進行實時監(jiān)控，并對設備運行參數(shù)進行數(shù)據(jù)保存。同時，整套監(jiān)控系統(tǒng)能根據(jù)設備用電過程中出現(xiàn)的用電故障情況，通過合理分配電力及縮短停電時間等操作，實現(xiàn)對設備用電的安全保護及報警提示。另外，整套監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙電源回路設計，與其他系統(tǒng)進行獨立控制，當出現(xiàn)用電故障時，可對電源進行單獨切斷，以此完成對井下設備用電過程的實時監(jiān)控，確保整個礦井的用電安全。整個供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

3監(jiān)控系統(tǒng)關鍵分系統(tǒng)設計

3.1地面監(jiān)控主站分系統(tǒng)

地面監(jiān)控主站分系統(tǒng)是整個井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集服務器、WEB服務器、工作站備機、綜合保護器、監(jiān)控工作站、通訊服務器、信息采集模塊等組成，設備之間通過RS485進行數(shù)據(jù)的實時傳輸，通訊協(xié)議采用了Modbus協(xié)議。其中，數(shù)據(jù)采集服務器能通過內(nèi)部的程序軟件，接收下層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進行分析、處理、存儲等。信息采集模塊采用了市場上較為成熟的MDIA型隔離采集器，具有8路電流模擬量輸入，量程范圍為-25～25 mA，通過RS485接口可實現(xiàn)對遠程模擬量的數(shù)據(jù)采集及控制操作，并經(jīng)過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器后，將數(shù)字信號保存于主機存儲器中，此采集模塊具有抗爆、抗雷擊等功能特點。另外，主站中設計的綜合保護器也采用了RS485接口，可實現(xiàn)對井下變電所的有力保護。鑒于井下信號傳輸距離相對較遠，為保證信號傳輸過程中不出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，在地面與地上之間增添了一個光端機，以實現(xiàn)將信號有效轉(zhuǎn)換，提高信號傳輸質(zhì)量。地面監(jiān)控主站分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

3.2井下監(jiān)控系統(tǒng)軟件

在井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計中，設計了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和軟件操作系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了當前成熟的Century Star組態(tài)軟件進行程序生成，形成了一套SQL2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而操作系統(tǒng)則主要是基于當前的Windows系統(tǒng)進行設計，軟件系統(tǒng)中集成了數(shù)據(jù)庫管理主程序、組態(tài)工具模塊程序、通訊管理模塊程序、顯示模塊等部分，包含了對監(jiān)控系統(tǒng)整套的程序監(jiān)控。其中，組態(tài)工具模塊程序主要是實現(xiàn)對采集電量、變電站的接線圖及運行情況、斷路器的開關狀態(tài)、系統(tǒng)電壓變化情況等方面進行圖形繪制及處理，其程序控制流程如圖3所示。通訊管理模塊則主要負責讀取供電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，并創(chuàng)建臨時的實時數(shù)據(jù)庫，通過RS485通訊接口和以太網(wǎng)通訊進行信號的傳輸通信，其主程序控制流程如圖4所示。

4井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用測試

為進一步驗證此井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及運行效果，將其在某煤礦井下供電系統(tǒng)進行了兼容性應用測試，測試周期為6個月，主要負責對該煤礦井下設備的運行情況及用電情況進行監(jiān)測。在此測試過程中，該監(jiān)控系統(tǒng)能對所監(jiān)控設備的功率、電流、漏電等參數(shù)情況進行實時采集，并通過監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)的實時顯示，具有系統(tǒng)運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸率高、界面直觀等特點，針對不同設備及變電所，進行快速的界面切換，同時，將采集后的數(shù)據(jù)信息繪制成變化曲線并實時存儲。針對出現(xiàn)的設備故障問題，能通過監(jiān)控中心進行直觀的故障位置及故障原因顯示。供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的登錄界面及歷史數(shù)據(jù)變化曲線如圖5～6所示。該系統(tǒng)成功應用后，整個井下設備的故障發(fā)生率同比降低了將近40%，井下的耗電量減少了30萬的電費支出，得到了該企業(yè)管理人員及操作人員的一致好評和認可，其實際應用價值較高。

5結(jié)束語

將當前先進的控制技術(shù)應用到煤礦智能化物聯(lián)網(wǎng)建設中，提高煤礦的生產(chǎn)安全性，已成為當下政府鼓勵、企業(yè)推行的重要方向，而實現(xiàn)井下設備供電安全監(jiān)控系統(tǒng)則是其中的重要環(huán)節(jié)。通過遠程監(jiān)控方式，實時掌握設備的運行狀態(tài)及故障情況，不僅能及時采取有效的安全防護措施，也能有效降低事故帶來人員傷害及經(jīng)濟損失。因此，本文以當前井下設備供電系統(tǒng)現(xiàn)狀為基礎，利用以太網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，開展了井下設備供電安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案及關鍵分系統(tǒng)的設計研究，并對該系統(tǒng)進行了測試驗證。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性及可靠性，運行效果良好，能對井下設備的功率、耗電量等情況進行實時監(jiān)測，有限避免了小隱患引發(fā)的煤礦安全事故發(fā)生，在井下安全生產(chǎn)保障中發(fā)揮著重要作用。