煤礦供電系統(tǒng)的自動化技術(shù)研究與應(yīng)用

［關(guān)鍵詞］煤礦供電系統(tǒng)；自動化技術(shù)；研究應(yīng)用

1 煤礦供電系統(tǒng)的重要性

煤礦供電系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的核心系統(tǒng)，主要由電源、變電所、配電所、輸電線路及用電設(shè)備構(gòu)成。煤礦供電系統(tǒng)根據(jù)具體的用途可以分為安全監(jiān)控供電系統(tǒng)、生產(chǎn)供電系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)等；按電壓等級可以分為低壓供電系統(tǒng)和高壓供電系統(tǒng)；根據(jù)礦井的井田范圍、煤層埋藏深度、礦井年產(chǎn)量、開采方式及開采的機械化和電氣化程度等不同，可分為深井供電系統(tǒng)和淺井供電系統(tǒng)。對于開采煤層較深（150m以上）、年產(chǎn)量大的礦井，通常經(jīng)過井筒將6kV（或10kV）高壓電能送入井下，一般將這種類型的供電方式稱為深井供電。深井供電系統(tǒng)采用3級供電方式，即地面變電所、井下中央變電所、采區(qū)變電所。淺井供電系統(tǒng)適用于煤層埋藏深度較淺（不超過150m），且電力負(fù)荷較小的中、小型礦井。淺井供電系統(tǒng)的特點是井下不設(shè)中央變電所，而是根據(jù)負(fù)荷的大小，由地面變電所通過井筒或地面鉆孔（用鋼管加固孔壁）直接向井下高、低壓設(shè)備或采區(qū)工作面供電。可靠、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是確保煤礦生產(chǎn)安全、提高生產(chǎn)效率、保障煤炭資源開采順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。煤礦供電系統(tǒng)的作用主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）提升經(jīng)濟效益。先進(jìn)高效的煤礦供電系統(tǒng)不僅可以減少能源的浪費，還可以降低生產(chǎn)成本，在一定程度上提升煤炭資源的開采效率，促進(jìn)煤礦的經(jīng)濟效益。

（2）提供安全保障。穩(wěn)定的供電是保障煤礦的瓦斯抽放系統(tǒng)，以及安全監(jiān)控系統(tǒng)和人員的定位系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵基礎(chǔ)，能夠有效預(yù)防突發(fā)事件，減少煤礦的安全隱患。

（3）提供生產(chǎn)動力。煤礦供電系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行，為煤礦的采煤、挖掘、運輸、排水及通風(fēng)等各個環(huán)節(jié)提供了持續(xù)的動力，是維持煤礦正常運轉(zhuǎn)的心臟。

2 煤礦供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 設(shè)備老化、安全性能低

部分煤礦因供電設(shè)備長時間運行而導(dǎo)致老化。煤礦供電系統(tǒng)的正常運行需要良好的管理和維護(hù)，如果沒有及時維護(hù)或更換，極有可能造成安全事故。

2.2 缺乏后期管理及維護(hù)

煤礦供電系統(tǒng)能否保持長時間的穩(wěn)定運行，后期的管理和維護(hù)工作至關(guān)重要。目前，部分煤礦因為管理不善和維護(hù)不足最終導(dǎo)致供電系統(tǒng)不能夠正常運行，不僅增加了投資成本，還降低了開采效率。

2.3 自動化水平較低

煤礦供電系統(tǒng)要緊跟時代的步伐，不斷更新管理技術(shù)并引進(jìn)先進(jìn)設(shè)施，在不斷改革和創(chuàng)新的過程中逐步實現(xiàn)供電系統(tǒng)的自動化及智能化，然而部分煤礦由于資金、技術(shù)、管理等各方面原因的影響，導(dǎo)致煤礦供電系統(tǒng)自動化水平較低，增加了開采人員的工作壓力，減少了煤礦的開采效益。

針對以上一系列問題，相關(guān)煤礦企業(yè)需要及時對設(shè)備進(jìn)行更新和維護(hù)，以優(yōu)化供電結(jié)構(gòu)，提高安全性能，減少干擾，盡快推動煤礦供電系統(tǒng)自動化和智能化改造并加強管理，以確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。

3 煤礦供電系統(tǒng)自動化技術(shù)及設(shè)施研究

3.1 遙測技術(shù)

（1）遙測技術(shù)的應(yīng)用。遙測技術(shù)的前端設(shè)備傳感器的主要作用是負(fù)責(zé)及時采集煤礦供電系統(tǒng)中的各種信號，保證供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)能夠被時刻感知?？梢詫鞲衅靼惭b在供電系統(tǒng)的關(guān)鍵位置（如變壓器），以便將這些信息轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行傳送，再由通信設(shè)備將電信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理庫進(jìn)行處理和分析。工作人員通過觀察和分析就可以時刻掌握整個供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以此來預(yù)防意外情況發(fā)生。

（2）遙測技術(shù)的特點。遙測技術(shù)具備較高的可靠性及穩(wěn)定性。傳感器的先進(jìn)設(shè)計使其即使處于危險系數(shù)較高的煤礦環(huán)境當(dāng)中，也能夠保持持續(xù)性的穩(wěn)定工作。并借助無線通信設(shè)備以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性，在計算機互聯(lián)網(wǎng)的輔助下，對大數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析和處理。可以通過引進(jìn)以上先進(jìn)的信息技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，最大程度地發(fā)揮遙測技術(shù)在煤礦供電系統(tǒng)中的有效利用。

（3）遙測技術(shù)運用的意義。遙測技術(shù)運用對于煤礦供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行發(fā)揮了重要作用，不僅降低了人工管理的風(fēng)險，還減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，提高了煤礦供電系統(tǒng)的運行效率，有效避免了因各種原因?qū)е鹿╇娭袛喽鴰淼牟涣加绊懀送?，遙測技術(shù)還可以輔助管理人員對供電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控和自動調(diào)節(jié)，并對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和分析，及時幫助管理人員發(fā)現(xiàn)問題，有效降低了安全隱患，提高了開采效率。

3.2 遙控技術(shù)

在傳統(tǒng)的煤礦作業(yè)中，對供電系統(tǒng)的操控通常需要管理人員親臨現(xiàn)場，不僅操作效率低下，而且存在著較高的安全隱患。適時引入遙控技術(shù)對于提高煤礦供電系統(tǒng)的自動化、智能化水平至關(guān)重要。

（1）遙控技術(shù)的特點及運用。遙控技術(shù)最為突出的特點是便捷性，其能夠利用先進(jìn)的通信手段，將操作指令準(zhǔn)確無誤地傳輸?shù)接^察設(shè)備上，實現(xiàn)對煤礦供電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和操作，讓管理人員能夠在監(jiān)控中心的安全環(huán)境中輕松把握供電系統(tǒng)的運行態(tài)勢。例如，曾經(jīng)需要人為操作的開關(guān)柜操作，在引入遙控技術(shù)后，只需工作人員在操控室輕點鼠標(biāo)即可完成。這對于煤礦供電系統(tǒng)的有效開展提供了極大的便捷性。

（2）遙控技術(shù)運用的意義。遙控技術(shù)的廣泛應(yīng)用為煤礦供電系統(tǒng)帶來了較多的便利：①減少了人工干預(yù)和操作的過程。工作人員可以在遙控技術(shù)的輔助下，用自動化和智能化的方式解決問題，這不僅提高了工作效率，而且避免了因人為失誤而造成的安全隱患。②遙控技術(shù)使得煤礦供電系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定和可靠。監(jiān)控中心能夠?qū)φ麄€供電系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，任何潛在的問題都能在第一時間被發(fā)現(xiàn)和處理，從而有效避免了事故的發(fā)生。為了更好的推進(jìn)煤礦供電系統(tǒng)的自動化發(fā)展，相關(guān)煤礦企業(yè)要加大對遙控技術(shù)的研發(fā)投資力度，促進(jìn)供電系統(tǒng)的智能、高效運行。

3.3 無功自動補償技術(shù)

（1）無功自動補償技術(shù)的運用。無功自動補償技術(shù)的核心在于對供電系統(tǒng)中的無功功率進(jìn)行智能、高效的自動補償，從而顯著提升供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和功率因數(shù)。其優(yōu)化及技術(shù)創(chuàng)新也是煤礦企業(yè)重點關(guān)注的一部分，因為無功功率會在一定程度上導(dǎo)致供電系統(tǒng)效率的下降，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)。針對這一問題，企業(yè)可以通過安裝無功補償裝置，并根據(jù)供電系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)自動調(diào)整無功補償量，來確保供電系統(tǒng)始終運行在最佳狀態(tài)。無功自動補償技術(shù)的運用簡單易操作，且可以根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)的實際情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

（2）無功自動補償技術(shù)運用的意義。目前來看，各個煤礦企業(yè)積極引入無功自動補償技術(shù)不僅是技術(shù)方面的改造與升級，更是對管理理念的一種創(chuàng)新，其引入使得煤礦企業(yè)更加注重供電系統(tǒng)的整體性能和運行效率，對于推動煤礦企業(yè)的整體轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。無功自動補償技術(shù)作為煤礦供電系統(tǒng)中的一項核心技術(shù)，將隨著社會科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等高科技技術(shù)進(jìn)一步融合，為煤礦的高效、穩(wěn)定供電提供有力保障。如常見的靜止無功補償器（SVC），現(xiàn)已發(fā)展成為成熟的FACTS裝置，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補償和輸電線路補償（電壓和無功補償）。在大功率電網(wǎng)中，SVC可以提高系統(tǒng)的阻尼和穩(wěn)定性，維持所需的電壓水平并提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少系統(tǒng)損失并提高整體系統(tǒng)效率。

3.4 自動監(jiān)控系統(tǒng)

在煤礦生產(chǎn)中，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。為了有效保障礦井的正常運作及礦工的生命安全，各個煤礦企業(yè)爭先引進(jìn)了自動監(jiān)控系統(tǒng)，這一系統(tǒng)以其實時性、準(zhǔn)確性及智能性，在煤礦供電領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。

（1）自動監(jiān)控系統(tǒng)的運用。煤礦供電系統(tǒng)的自動監(jiān)控系統(tǒng)可以時刻檢測電壓、電流及功率等重要參數(shù)，確保管理人員能夠第一時間掌握供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，而其系統(tǒng)內(nèi)部的故障診斷機制，還可以迅速發(fā)現(xiàn)電壓波動、電流過載等異常情況，并且及時發(fā)出預(yù)警。此外，自動監(jiān)控系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，不僅降低了工作人員的勞動強度，還提高了工作效率。該系統(tǒng)還具備強大的數(shù)據(jù)存儲功能，能夠長期儲存重要的數(shù)據(jù)，這對于供電系統(tǒng)的精確化及科學(xué)化發(fā)展至關(guān)重要。

（2）自動監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的意義。在煤礦供電系統(tǒng)自動化的背景下，該自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用為煤礦的安全生產(chǎn)作出了極大貢獻(xiàn)。管理人員可以通過實時監(jiān)控、故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制、數(shù)據(jù)存儲等強大的功能，實現(xiàn)對煤礦供電系統(tǒng)的全方位管理。這不僅提高了煤礦的生產(chǎn)效率，還降低了生產(chǎn)成本，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟價值。總的來說，自動監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦供電系統(tǒng)自動化中發(fā)揮著舉足輕重的作用，不僅提高了煤礦供電系統(tǒng)的管理水平和運行效率，還為煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

3.5 電纜絕緣自動檢測技術(shù)

電纜絕緣自動檢測技術(shù)作為煤礦供電系統(tǒng)自動化中較為重要的一項技術(shù)，主要功能是保障供電的安全和穩(wěn)定。通過精確測量電纜的絕緣電阻，能夠快速捕捉電纜局部的絕緣現(xiàn)象，為全面評估電纜絕緣性能提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，主要包含3個方面。

（1）局部放電檢測。這主要是針對電纜中可能存在的局部放電現(xiàn)象而設(shè)計的一種檢測技術(shù)，可以利用高頻電流傳感器或超聲波傳感器，以敏銳的檢測技術(shù)及時捕捉到這些比較微弱的放電信號，輔助工作人員及時維護(hù)或更換陳舊的電纜，預(yù)防安全隱患。

（2）絕緣電阻檢測。作為評估電纜絕緣狀態(tài)的重要手段之一，其能夠精準(zhǔn)測量電纜的絕緣電阻值，以此來判斷電纜絕緣狀態(tài)是否存在問題。絕緣電阻值與電纜絕緣狀態(tài)成正比，故而一旦發(fā)現(xiàn)絕緣電阻值低于一定標(biāo)準(zhǔn)時，就會及時報警，以便在最短的時間內(nèi)快速排查故障點。直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測原理如圖1所示。

（3）溫度監(jiān)測。由于電纜在長時間的運行過程中會產(chǎn)生一定的熱量，如果熱量無法及時散發(fā)出去，就會導(dǎo)致電纜溫度升高，進(jìn)而影響絕緣材料的性能。通過實時監(jiān)測電纜的運行溫度，能夠及時發(fā)現(xiàn)電纜過熱等異常情況，并結(jié)合絕緣電阻和局部放電的檢測結(jié)果，為全面評估電纜絕緣性能提供有力支持。

4 結(jié)束語

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，煤礦企業(yè)要及時把握這一機遇，將煤礦供電系統(tǒng)自動化技術(shù)與這些先進(jìn)技術(shù)深度融合，以此實現(xiàn)更加智能化、自動化的生產(chǎn)管理，為煤礦行業(yè)的繁榮和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和力量。