露天煤礦智能供配電管控一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭俊義

（國(guó)家能源準(zhǔn)能集團(tuán)公司 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

受第四次工業(yè)革命在科技和產(chǎn)業(yè)上的變革影響，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式已經(jīng)面臨新的瓶頸，近些年受到物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代化、智能化的信息技術(shù)影響，我國(guó)的一些支柱型產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始逐步推進(jìn)智能化轉(zhuǎn)型。對(duì)于煤炭產(chǎn)業(yè)而言，傳統(tǒng)的工作模式導(dǎo)致我國(guó)的生態(tài)環(huán)境遭到極大的破環(huán)，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展形勢(shì)非常的緊迫。對(duì)于露天煤礦智能化建設(shè)來(lái)說(shuō)，作為基礎(chǔ)的保障工程，供配電系統(tǒng)是礦山工作的重要保障系統(tǒng)，對(duì)露天礦山的生產(chǎn)起到關(guān)鍵作用，而隨著智能礦山系統(tǒng)的推進(jìn)，供配電系統(tǒng)的智能化建設(shè)也需要納入到整個(gè)智能礦山的建設(shè)體系當(dāng)中，進(jìn)而從根本上推動(dòng)煤礦開(kāi)采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提升，擴(kuò)大礦企在煤炭產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)礦產(chǎn)市場(chǎng)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 智能供配電一體化系統(tǒng)概述

1.1 供配電方式

露天煤礦的供配電方式在礦場(chǎng)工作的過(guò)程中需要保持安全運(yùn)轉(zhuǎn)，所以需要選擇安全性高的供配電方式[1]。目前在露天礦山的供配電方式有環(huán)形線－橫跨線、環(huán)形線－縱架線、放射－橫式以及放射－縱式4 種主要的供配電方式[2]。環(huán)形線路的布置主要是沿著礦山的邊緣設(shè)置可移動(dòng)的變電站，形成一個(gè)環(huán)形的框架結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)線路間的互相聯(lián)絡(luò)；而對(duì)于橫跨線、縱架線與環(huán)形的組合來(lái)說(shuō)，需要在礦山設(shè)置中壓的架空設(shè)備，這樣才能將電流引入到礦山設(shè)備當(dāng)中，區(qū)別就是橫跨線是垂直于整個(gè)采礦平臺(tái)的，而縱架線則是平行于采礦平臺(tái)。橫跨線的優(yōu)點(diǎn)也是因?yàn)槠浯怪钡慕Y(jié)構(gòu)能夠減輕礦山在爆破過(guò)程中對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)的影響，在進(jìn)行線路架設(shè)時(shí)需要極高的技術(shù)要求，架設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)性也比較大；縱架線的優(yōu)缺點(diǎn)則剛好與橫跨線相反，縱架線在線路鋪設(shè)時(shí)并不需要很高的要求，也能有效的避免碰線和壓線，但就是因?yàn)槭瞧叫杏谡麄€(gè)工作平臺(tái)，所以爆破的時(shí)候很容易會(huì)對(duì)線路造成損傷，變相增加了后期的維護(hù)成本。放射型的2 種供配電方式雖然在架設(shè)線路的方式上與橫跨和縱架2 種方式相同，但是線路直接是從變電所接出，并不需要在礦山周邊安裝環(huán)形的可移動(dòng)式的變電站，并且橫式的供電系統(tǒng)在穿過(guò)礦山時(shí)也是垂直與礦場(chǎng)的采掘臺(tái)階的，只不過(guò)由于需要穿過(guò)整個(gè)礦山才能引入到礦山的用電設(shè)備上，所以這一方式也很容易收到礦山開(kāi)采爆破的影響。無(wú)論是放射-橫式還是放射-縱式配電方案，都需要變壓設(shè)備用來(lái)適應(yīng)露天礦山開(kāi)采設(shè)備的電壓要求[3]。

1.2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

智能供配電一體化系統(tǒng)是以企業(yè)提高生產(chǎn)效率，提升經(jīng)濟(jì)效益為前提而建立的，同時(shí)，智能供配電管控一體化控制系統(tǒng)也能夠有效地保障企業(yè)安全生產(chǎn)。在傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)中很容易因缺乏電網(wǎng)智慧監(jiān)測(cè)控制，引發(fā)生產(chǎn)事故。供配電系統(tǒng)的智能化系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用也是露天礦山智能化建設(shè)的前提條件與重要系統(tǒng)組成部分。智能供配電管控一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的前提除了基于安全保障外，還有一個(gè)重要原因就是為適應(yīng)煤礦的6 kV 中壓變壓標(biāo)準(zhǔn)[4]。整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用了包括電氣、計(jì)算機(jī)、通信與自動(dòng)化等多個(gè)專業(yè)的現(xiàn)代技術(shù)，通過(guò)技術(shù)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電設(shè)備保護(hù)、設(shè)備控制以及數(shù)據(jù)的測(cè)量分析、通訊、記錄管理等功能，供配電一體化管控系統(tǒng)將所有的功能都實(shí)現(xiàn)了集成化處理，建立了一個(gè)先進(jìn)的現(xiàn)代化終端連接系統(tǒng)。通過(guò)終端可以科學(xué)有效地對(duì)供配電過(guò)程、過(guò)程安全監(jiān)測(cè)與計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行系統(tǒng)層面的自動(dòng)化監(jiān)控。現(xiàn)有的智能供配電系統(tǒng)的總線技術(shù)用的是Profibus－dp 技術(shù)，通過(guò)總線將各類開(kāi)關(guān)柜體進(jìn)行了連接，并在開(kāi)關(guān)柜中應(yīng)用了微機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[5]。通過(guò)技術(shù)集成，整個(gè)系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的遙測(cè)、控制、通信、調(diào)度功能，智能化、信息化程度得到有效的提升。

2 智能供配電管控一體化設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能介紹

隨著智能化信息技術(shù)的應(yīng)用，智能供配電管控一體化系統(tǒng)逐漸衍生出6 個(gè)主要的功能。

1）測(cè)量功能。通過(guò)測(cè)量功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的配電線路的相關(guān)電力參數(shù)顯示，比如設(shè)備的狀態(tài)和電壓、電流、功率等相關(guān)數(shù)據(jù)。

2）檢測(cè)功能。智能化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題診斷以及實(shí)時(shí)報(bào)警，再通過(guò)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的顯示定位及風(fēng)險(xiǎn)排查功能。

3）控制功能。在智能化供配電管控一體化系統(tǒng)中應(yīng)用了PLC 控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)供配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)發(fā)出控制指令，而控制指令的相關(guān)編輯可以通過(guò)計(jì)算機(jī)依照生產(chǎn)用電實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。

4）保護(hù)功能。保護(hù)功能是通過(guò)控制所產(chǎn)生的指令，在基于PLC 控制系統(tǒng)上可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)出智能化的電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)和配電線路的保護(hù)功能，尤其是針對(duì)配電線路中容易出現(xiàn)的過(guò)壓、過(guò)載和短路等問(wèn)題，智能化系統(tǒng)可以從算法的優(yōu)化上針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行合理的調(diào)整。

5）管理功能。通過(guò)管理功能可以根據(jù)礦山設(shè)備的實(shí)際用電情況進(jìn)行供配電管理。

6）網(wǎng)絡(luò)功能。整個(gè)供配電管控一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化最重要的功能，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能有效減少系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的成本，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的信息化與自動(dòng)化[6]。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

露天煤礦的智能供配電管控一體化系統(tǒng)需要從提升整個(gè)礦山的安全生產(chǎn)效益出發(fā)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮到礦山的實(shí)際用電負(fù)荷值以及初期礦山開(kāi)采時(shí)設(shè)計(jì)的相應(yīng)用電容量，確立好礦山所需要的電源數(shù)量。根據(jù)不同等級(jí)的負(fù)荷量確定1～2 個(gè)獨(dú)立電源為礦山進(jìn)行供電，但在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中還需要根據(jù)礦山所處的實(shí)際能源條件確定好礦山需不需要自備發(fā)電廠。其次，在系統(tǒng)建立前還應(yīng)對(duì)露天煤礦的供電電壓進(jìn)行確定是采用35 kV 還是66 kV 的電源，變壓器的數(shù)量也需要根據(jù)礦山的實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行綜合考慮。在相應(yīng)的準(zhǔn)備工作完成后，就需要從監(jiān)測(cè)、裝置、管理、故障4方面建立相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)，4 個(gè)系統(tǒng)本身除了需要成功連接到智能供配電管控一體化系統(tǒng)中的控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還需要將4 個(gè)子系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行連接，從而確保整個(gè)供配電流程的時(shí)效性[7]。

2.3 系統(tǒng)在采煤脫硫工藝中的應(yīng)用

現(xiàn)階段部分煤礦企業(yè)在脫硫生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建尚未具備較為完善的認(rèn)知，實(shí)際生產(chǎn)監(jiān)測(cè)過(guò)程中也存在著諸多弊端問(wèn)題，引起了一系列設(shè)備故障、安全事故的產(chǎn)生。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的主要原因在于煤礦企業(yè)人力資源有限，無(wú)法全面監(jiān)測(cè)脫硫生產(chǎn)的全過(guò)程管理，尤其隨著國(guó)家對(duì)露天煤礦開(kāi)采工作的要求不斷提高，在采煤脫硫系統(tǒng)的構(gòu)建模式中逐漸走向一體化模式發(fā)展方向，將多個(gè)高性能控制系統(tǒng)進(jìn)行相互結(jié)合，以形成全新的脫硫系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)與應(yīng)用包括4 個(gè)系統(tǒng)。

1）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用中一般可以針對(duì)脫硫工藝的多方面工作實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能，尤其在廢棄物處理過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量，可以將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝在脫硫生產(chǎn)階段，利用溫度測(cè)量?jī)x器及時(shí)監(jiān)測(cè)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，監(jiān)測(cè)周期應(yīng)當(dāng)以24 h 全天監(jiān)測(cè)為主，保證監(jiān)測(cè)時(shí)間全面覆蓋。一旦脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)任何異常狀況或脫硫指標(biāo)超出規(guī)定范圍內(nèi)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)指令，然后安排專業(yè)人員進(jìn)行檢查與處理[8]。

2）裝置系統(tǒng)。在煤礦企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了提升脫硫生產(chǎn)效果往往會(huì)應(yīng)用各類機(jī)電設(shè)備以輔助生產(chǎn)工作，在這些裝置系統(tǒng)中同時(shí)需要加強(qiáng)監(jiān)理工作質(zhì)量，充分發(fā)揮裝置系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)，尤其在運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)、過(guò)濾機(jī)等裝置系統(tǒng)中，需要結(jié)合人機(jī)模式以加強(qiáng)對(duì)各類生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)化處理質(zhì)量，促進(jìn)整體生產(chǎn)脫硫效率得到進(jìn)一步提升。

3）管理系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)管理煤礦生產(chǎn)過(guò)程，加強(qiáng)對(duì)脫硫處理流程的管理質(zhì)量，實(shí)際脫硫生產(chǎn)過(guò)程中，可以在計(jì)算機(jī)結(jié)合脫硫生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行指導(dǎo)生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也可結(jié)合生產(chǎn)指標(biāo)內(nèi)容來(lái)對(duì)實(shí)際采煤脫硫處理過(guò)程中所存在的異常問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證和檢查，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取針對(duì)性處理措施[9]。在煤礦脫硫管理系統(tǒng)中，需要從煤質(zhì)管理、人員管理、操作管理等方面加強(qiáng)系統(tǒng)管理質(zhì)量，為實(shí)際脫硫生產(chǎn)工作創(chuàng)造良好的技術(shù)條件。

4）故障系統(tǒng)。在監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，還要能夠及時(shí)考慮到煤礦企業(yè)結(jié)構(gòu)所存在的復(fù)雜性特征，需要關(guān)注故障問(wèn)題的產(chǎn)生，能夠采取有效處理措施以解決故障問(wèn)題，比如可以借助故障系統(tǒng)來(lái)盡可能地減少故障問(wèn)題的發(fā)生，促進(jìn)煤礦脫硫處理效率得到有效提升，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更為可觀的經(jīng)濟(jì)效益[10]。而在故障系統(tǒng)的人機(jī)操作模式中一般可以從自診斷系統(tǒng)、自排查系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，從而發(fā)揮系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)露天礦山的智能供配電管控系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，得出智能供配電管控一體化系統(tǒng)可以有效地減少露天礦山在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些基本問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦山設(shè)備的供配電控制，保障作業(yè)過(guò)程的安全生產(chǎn)。智能供配電管控一體化系統(tǒng)對(duì)露天礦山而言，科學(xué)合理的應(yīng)用能夠有效促進(jìn)露天礦山的智能化建設(shè)整體水平，從而提升其在煤炭生產(chǎn)行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。