李方興/貴州盤江精煤股份有限公司火燒鋪礦

煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)分析

李方興/貴州盤江精煤股份有限公司火燒鋪礦

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來和煤炭行業(yè)的安全局勢(shì)改善的持續(xù)需求，煤礦用設(shè)備現(xiàn)代化水平得到不斷加強(qiáng)，我國的大部分煤礦已逐步采用功能齊備的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)。在煤礦井下變電所在進(jìn)行高壓供電工作處理方面，涉及過程中的數(shù)據(jù)測(cè)量以及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的合理控制，對(duì)于故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，防止停電等事故的發(fā)生有著嚴(yán)格的要求水準(zhǔn)，因此對(duì)于煤礦井下變電設(shè)施及操作行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控是十分必要的?；诖?，本文就針對(duì)煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)展開分析。

煤礦井下；變電所；高壓供電；監(jiān)控系統(tǒng)

一、煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

現(xiàn)代化的采煤完全依靠現(xiàn)代化機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用和管理，而礦井井下機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力主要是電力，因此，隨著采煤技術(shù)機(jī)械化程度的不斷提高，供電質(zhì)量和可靠性的高低直接影響井下生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，只有完善的供電網(wǎng)絡(luò)才能保證其高效率的工作。井下電網(wǎng)是一項(xiàng)敷設(shè)、維護(hù)都比較大的工程，變電所內(nèi)的各種控制柜、變壓器、防爆開關(guān)等相對(duì)集中，而采區(qū)、掘進(jìn)面、巷道等處的用電設(shè)備相對(duì)分散，形成了供電電纜的遠(yuǎn)距離敷設(shè)。因用電設(shè)備本身故障或在機(jī)電設(shè)備的移動(dòng)過程中供電電纜受擠、拉、砸等引起的漏電和短路造成的局部或整體斷電的情況經(jīng)常發(fā)生，往往由于不能確切了解故障部位，檢修起來比較困難、誤時(shí)。因?yàn)槿魏螘r(shí)刻的突然斷電都會(huì)給井下的生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)帶來損失，所以理應(yīng)避免。實(shí)際上避免是不可能的，只能通過快速、準(zhǔn)確判定故障區(qū)間和故障類型，縮短處理時(shí)間，最大限度的減少斷電時(shí)間。而現(xiàn)實(shí)的狀況是大部分煤礦井下變電所內(nèi)無人值班，井上的機(jī)電調(diào)度室也只有一兩部電話而已，井下出現(xiàn)供電問題時(shí)，只是靠撥打電話來聯(lián)系，缺少直觀可靠的故障顯現(xiàn)和定位設(shè)備，容易滯后、延誤處理時(shí)間，造成不必要的損失。因此，開發(fā)一套井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下電網(wǎng)的各路電流、電壓工作狀況、真空配電開關(guān)的分合狀態(tài)以及環(huán)境溫度，在很短的周期內(nèi)即可把這些參數(shù)顯示到地面計(jì)算機(jī)上是很有必要的。

二、煤礦井下高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

(一)設(shè)備層可靠性差

煤礦井下高壓電網(wǎng)主要由井下中央變電所和采區(qū)變電所的高壓供電設(shè)備構(gòu)成。其中，在采區(qū)變電所，作為煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，環(huán)境惡劣、設(shè)備布置分散，且存在瓦斯、煤塵爆炸的危險(xiǎn)的環(huán)境，因而在井下建立涵蓋供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值班或少人值班有一定的難度。

作為井下高壓電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)最為關(guān)鍵的設(shè)備層來說，安裝在開關(guān)設(shè)備內(nèi)的智能測(cè)控保護(hù)單元的可靠性和通訊性能是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，而目前使用的同類產(chǎn)品基本不能同時(shí)具備這兩樣特性。大部分以90年代技術(shù)水平為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，雖然經(jīng)多年使用實(shí)踐，保護(hù)性能基本能可靠運(yùn)行，但由于受硬、軟件平臺(tái)性能限制，在通訊性能上沒有大的突破。即使具備通訊功能的部分產(chǎn)品，也僅具有RS485通訊接口，引而不可避免帶有很大的局限性，無法滿足高壓電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通訊要求。造成了目前井下高壓電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在采區(qū)變電所監(jiān)控部分形成空白，或即使建設(shè)完成，也無法正常運(yùn)行的狀況。

（二）在未結(jié)合實(shí)際情況，直接移植地面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到井下工況中，適應(yīng)性差

在目前已建的礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)中，涉及到井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，往往采用照搬地面供電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但是，煤礦井下供電系統(tǒng)存在供電線路長、電網(wǎng)諧波復(fù)雜、設(shè)備分散、工況惡劣等特殊情況。在這種條件下，將地面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接移植到井下工況中，帶來很多問題。特別是因此造成的系統(tǒng)故障率高、維護(hù)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)作為形象工程多，實(shí)際正常運(yùn)行的少。

三、煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)分析

（一）系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)一般采取分布式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，由四個(gè)部分組成：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的間隔層測(cè)控及保護(hù)“一體化”的智能裝置；井下監(jiān)控的智能接口電路和網(wǎng)絡(luò)；主機(jī)的監(jiān)控；工業(yè)電視視頻的監(jiān)控系統(tǒng)。采礦區(qū)的變電所無人值守的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)γ旱V井下全部變電所進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控。井下變電所配置的綜合自動(dòng)化裝置，能夠?qū)ψ冸娝锔邏号潆娧b置與低壓的饋電開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)控。綜合自動(dòng)化裝置和監(jiān)控主機(jī)經(jīng)光纖由光電收發(fā)器連接，監(jiān)控主機(jī)和煤礦井下變電所綜合自動(dòng)化的裝置共同構(gòu)成測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。井上監(jiān)控主機(jī)其作用是數(shù)據(jù)管理機(jī)，主要作用于信息的管理、參數(shù)的設(shè)置、供電系統(tǒng)的模擬圖顯示與遙測(cè)、遙控以及變電所環(huán)境的監(jiān)視等等。

（二）系統(tǒng)功能

1.保護(hù)的功能：電流瞬時(shí)和限時(shí)速斷，過電流、漏電以及電機(jī)的保護(hù)。

2.報(bào)警的功能：系統(tǒng)具有電流越限和斷路器失靈以及瓦斯超限報(bào)警的功能等等。

3.測(cè)控的功能：系統(tǒng)遙信、遙調(diào)和遙控以及交流采樣遙測(cè)。

4.軟件的功能：主接線圖遠(yuǎn)程監(jiān)視，設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)監(jiān)控，對(duì)綜合自動(dòng)化的裝置上傳的所有遙測(cè)和遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示；對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過系統(tǒng)邏輯識(shí)別給自動(dòng)分合閘下達(dá)控制指令；遠(yuǎn)程診斷以及調(diào)整保護(hù)動(dòng)作值和時(shí)限；對(duì)事故、報(bào)警、越限實(shí)時(shí)記錄；顯示和打印故障波形。

5.其他的功能：事故的錄波，對(duì)交流采樣技術(shù)實(shí)行采用動(dòng)態(tài)跟蹤，省去傳統(tǒng)的直流變送器，記錄故障的波型，判斷故障的類型與故障點(diǎn)，對(duì)變電所環(huán)境動(dòng)態(tài)遙視。

（三）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)。井下變電所的綜合自動(dòng)化的裝置，主要由一到四個(gè)的測(cè)控單元構(gòu)成，CPU之間運(yùn)用RS一485的現(xiàn)場(chǎng)總線；運(yùn)用多模光纜進(jìn)行連接，通信的介質(zhì)選取16芯和8芯的屏蔽電纜，其傳輸距離能大于10km，通信的速率也大于9600bps。

2.煤礦井下變電所的綜合自動(dòng)化裝置的設(shè)計(jì)。綜合自動(dòng)化的裝置結(jié)構(gòu)主要是由電源、CPU、光電隔離的交流采樣和光電的隔離開關(guān)量的采樣以及運(yùn)動(dòng)控制的模塊組成。

3.智能接口電路。將其設(shè)置在中央變電所，能夠接16個(gè)光端的接口，從而連接整個(gè)煤礦井下變電所的綜合自動(dòng)化的裝置。

4.監(jiān)控主機(jī)。放置在隊(duì)值班市和科調(diào)度室的供電指揮場(chǎng)所內(nèi)，主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理、指令的發(fā)送、系統(tǒng)接線圖的顯示、報(bào)表的打印、參數(shù)的設(shè)置、報(bào)警的顯示、變電所內(nèi)環(huán)境的監(jiān)視等，因此多用商用的多媒體計(jì)算機(jī)。

（四）系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

1.監(jiān)控軟件。主要采用變電所的監(jiān)控軟件，windowsXP環(huán)境。使用SCADA數(shù)據(jù)采集監(jiān)控的系統(tǒng)軟件進(jìn)行編制。主要實(shí)現(xiàn)：遙控操作、報(bào)表生成、事件記錄、遠(yuǎn)程調(diào)試等等。

2.視頻監(jiān)控軟件。主要是用來控制變電所的遠(yuǎn)程燈光照明、攝像儀的云臺(tái)、同時(shí)能夠在發(fā)生事故時(shí)及時(shí)報(bào)警，并自動(dòng)將其錄入現(xiàn)場(chǎng)圖像。

四、結(jié)語

總之，煤礦井下變電所高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代化的數(shù)字自動(dòng)化技術(shù)，利用大型開放式的分布式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，代替了傳統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)模式，建立起集礦山監(jiān)測(cè)，控制，管理于一體的自動(dòng)化監(jiān)控運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，確保煤礦安全和生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)的管理與監(jiān)控，使整個(gè)煤礦安全高效生產(chǎn)，這樣便可達(dá)到使用人工少，運(yùn)營成本低的目標(biāo)，將提高煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

[1]滿守林.煤礦井下變電所監(jiān)控系統(tǒng)的安裝測(cè)試與改進(jìn)[J].2014.

[2]杜偉石.我國煤礦并下供電的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].2015.