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        礦井地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)分析

        2018-05-07 05:40:30高希睿
        機(jī)電工程技術(shù) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:礦井變壓器供電

        高希睿

        (山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西孝義 032300)

        0 引言

        地面供電系統(tǒng)作為保障礦井井下生產(chǎn)作業(yè)有效、持續(xù)開展所必須的基礎(chǔ)能源設(shè)施,對(duì)礦井經(jīng)濟(jì)效益的獲得意義重大。而伴隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,傳統(tǒng)的礦井地面供電系統(tǒng)逐漸無法滿足礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化的需求,推動(dòng)地面供電系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化發(fā)展成為礦井未來建設(shè)的重要方向,對(duì)礦井綜合效益的持續(xù)提升意義重大。

        1 礦井地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)概述

        礦井地面自動(dòng)化供電系統(tǒng)是有機(jī)融合計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸技術(shù)而形成的一種針對(duì)地面供電系統(tǒng)進(jìn)行綜合自動(dòng)化實(shí)時(shí)管理的控制平臺(tái)。其運(yùn)行的核心任務(wù)有:針對(duì)地面電網(wǎng)中線路、開關(guān)及變壓器等裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,為技術(shù)人員的調(diào)控提供參照;對(duì)電網(wǎng)中的開關(guān)等電路元件進(jìn)行操控,為分時(shí)供電、線路檢修等操作提供集中化作業(yè)平臺(tái);綜合分析供電網(wǎng)路所反饋運(yùn)行信息,為網(wǎng)路故障的排除提供參考。總而言之,該系統(tǒng)具備開源化和集中控制化等多種特性,有助于地面供電網(wǎng)絡(luò)操作的更加簡潔、高效。

        一般來說,地面供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)多采用遠(yuǎn)程分布式監(jiān)測控制系統(tǒng),其常規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

        整個(gè)系統(tǒng)可劃分成井上與井下兩大模塊。其中井下模塊主要由調(diào)度電網(wǎng)、變電所、測控分站等組成,所使用開關(guān)均為高壓防爆開關(guān),內(nèi)部布設(shè)由微機(jī)保護(hù)裝置,具備遠(yuǎn)程遙測和遙控功能,同時(shí)可自行實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)與短路保護(hù)。同時(shí)測控分站同測控開關(guān)之間通過雙芯電纜實(shí)現(xiàn)相互的連接。而井上模塊主要由集控中心和地面變電所構(gòu)成。

        圖1 地面供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)常規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

        2 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

        2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

        對(duì)于地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)而言,其主要構(gòu)成組件可依據(jù)功能和特性的不同劃分成三大類,即站控層、網(wǎng)絡(luò)層與間隔層。各層均有自己獨(dú)特的功能與特性。

        (1)站控層

        該層的主要功能是對(duì)整個(gè)自動(dòng)化地面供電系統(tǒng)的運(yùn)行開展實(shí)時(shí)監(jiān)測,并對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析與分類管理,是整個(gè)地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)各項(xiàng)功能得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵核心[1]。

        (2)網(wǎng)絡(luò)層

        需要指出的是,創(chuàng)設(shè)的主體是學(xué)生,而他們又是具有生命體的個(gè)體。因此,教師在創(chuàng)設(shè)過程中,要“以人為本”,旨在構(gòu)建一個(gè)輕松愉悅、和諧共生的課堂環(huán)境,而課堂教學(xué)的最終目標(biāo)在于最大限度地挖掘出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)潛力和熱情,促成其成長。但同時(shí)學(xué)生也是動(dòng)態(tài)的,創(chuàng)設(shè)過程中要注意有一定的延展性,對(duì)于突發(fā)事件等不確定因素能夠制定出相應(yīng)的應(yīng)急措施。

        該層的主要功能是為站控層和間隔層的溝通提供服務(wù),實(shí)現(xiàn)兩者間信息的有效傳遞與接收。該層借助一定的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對(duì)站控層所發(fā)出各類信息進(jìn)行整合與分析處理后,再將其轉(zhuǎn)化成間隔層能夠接收的數(shù)據(jù)類型,發(fā)送給間隔層。其是整個(gè)地面用電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息樞紐。

        (3)間隔層

        該層的主要功能是對(duì)所接收的地面供電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,分析查找潛在的安全隱患,并在確保不影響整個(gè)系統(tǒng)正常工作的前提下,通過預(yù)警裝置發(fā)出相應(yīng)的故障警報(bào),提醒工作人員進(jìn)行檢修維護(hù)。此外,針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的小故障,系統(tǒng)也可借助預(yù)設(shè)指令進(jìn)行自動(dòng)的維護(hù)處置,以最大化保持系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。

        2.2 系統(tǒng)配置分析

        (1)變壓器

        變壓器是地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,其使用的主要類型有三種,分別為三繞組變壓器、雙繞組變壓器和自耦式變壓器。在使用時(shí),相連的高低壓線路使用同一繞組,繞組匝數(shù)同電壓高低成正比例關(guān)系,同通過電流成反比例關(guān)系[2]。

        (2)電流互感裝置與電壓互感裝置

        電流互感裝置與電壓互感裝置在使用上類似于變壓器,均是用于實(shí)現(xiàn)高電壓設(shè)備同電網(wǎng)有效相連的銜接裝備。在使用時(shí)當(dāng)處于額定區(qū)間,電壓互感裝置的二次電壓通常維持在100 V左右,而電流互感裝置的二次電流通常為1 A或5 A。需要注意的是,在使用時(shí)當(dāng)電流互感裝置進(jìn)行二次繞組操作時(shí),應(yīng)避免其同負(fù)荷相鄰過近,以避免形成短路,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行[3]。

        (3)開關(guān)裝置

        地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)常用的開關(guān)裝置主要包括隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器及斷路器等,均屬于能夠進(jìn)行啟閉操作的電路組件。其中斷路器在整個(gè)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)始終保持開啟狀態(tài),以確保電路運(yùn)行的正常、穩(wěn)定,但當(dāng)出現(xiàn)電路故障后,斷路器會(huì)自行斷開,阻斷電流,以保護(hù)電路的安全性;隔離開關(guān)主要功能是為供電系統(tǒng)線路及設(shè)備的檢修作業(yè)提供幫助,用以隔斷電壓并保證作業(yè)的安全、有效。不過需要注意的是,隔離開關(guān)無法獨(dú)自阻斷電路故障引發(fā)的斷路電流,而是必須同斷路器配合使用方能生效。此外,在系統(tǒng)運(yùn)行中若發(fā)生停電事故,則操作人員應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間開啟隔離開關(guān),而在電力恢復(fù)供應(yīng)時(shí)則應(yīng)當(dāng)先閉合隔離開關(guān),然后在閉合斷路器,采取這種操作能夠最大化避免電力的突然供應(yīng)可能對(duì)設(shè)備造成的損害。

        3 地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        組態(tài)數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫用于對(duì)系統(tǒng)特殊命令、動(dòng)態(tài)指令、運(yùn)行反饋信息等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整理。在構(gòu)建該數(shù)據(jù)庫時(shí),所獲得各類數(shù)據(jù)可選用相同的ADO進(jìn)行處置,而后續(xù)生成的組態(tài)信息則能夠借助關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行儲(chǔ)存。

        事件庫。該數(shù)據(jù)庫主要用于對(duì)地面供電系統(tǒng)中運(yùn)行的突發(fā)事件進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。同時(shí),該數(shù)據(jù)庫具備及時(shí)反饋特性,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的快速分析、調(diào)用及后期操控,充分確保了電路運(yùn)行中出現(xiàn)突發(fā)故障時(shí)能夠快速反應(yīng),及時(shí)處置故障[4]。

        優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)能夠?qū)M態(tài)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)閱,并進(jìn)行綜合性歸類整理,依據(jù)數(shù)據(jù)各自特性劃分不同的優(yōu)先級(jí)別[6]。在具體的設(shè)計(jì)上,首先必須確保該數(shù)據(jù)庫同整個(gè)電力供應(yīng)系統(tǒng)計(jì)時(shí)的完全同步,只有這樣才能最大化確保所調(diào)用數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)有效,從而為智能管理的時(shí)效性提供保障。

        歷史數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)的核心功能是對(duì)系統(tǒng)過去一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行資料進(jìn)行存儲(chǔ),從而便于工作人員隨時(shí)調(diào)閱查看,為運(yùn)行故障的處理提供數(shù)據(jù)支撐,同時(shí)該數(shù)據(jù)庫的存在還能夠顯著縮減系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口與緩存的負(fù)擔(dān)。其設(shè)計(jì)的核心要點(diǎn)為:通過歷史數(shù)據(jù)緩沖技術(shù),基于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤大小,針對(duì)緩沖區(qū)大小進(jìn)行調(diào)控,同時(shí)借助數(shù)據(jù)壓縮手段避免系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)崩潰的現(xiàn)象。

        內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中承擔(dān)著各組件數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換的功能,因此在對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行組建時(shí)必須著重對(duì)訪問端口、系統(tǒng)索引算法等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[5-6]。

        除此之外,I/O驅(qū)動(dòng)接口和編程語言控制組件則是實(shí)現(xiàn)整個(gè)供電系統(tǒng)硬件系統(tǒng)得以有效運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)保障,兩者通過對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)有效分析,進(jìn)行數(shù)據(jù)的針對(duì)性存儲(chǔ)和指令發(fā)送,指揮系統(tǒng)運(yùn)行。

        4 總結(jié)

        地面供電系統(tǒng)作為整個(gè)礦井生產(chǎn)動(dòng)力的提供者,對(duì)其的自動(dòng)化改造能夠在確保礦井生產(chǎn)動(dòng)力充足的同時(shí)大幅提升動(dòng)力供應(yīng)效率,并有效降低生產(chǎn)能耗,是礦山綠色現(xiàn)代化建設(shè)的必要選擇。此外,通過對(duì)礦井供電系統(tǒng)的自動(dòng)化改造,能夠確保系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測,保證工作人員更好的了解電力供應(yīng)情況,及早發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患,實(shí)現(xiàn)電力最合理分配的同時(shí),最大化確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全、持續(xù)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王才.煤礦地面供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)[J].山東煤炭科技,2008(05):91-93.

        [2]宋偉云.礦井地面供電自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探[J].江西煤炭科技,2016(01):107-108.

        [3]蔡紅梅.地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)在礦井中的應(yīng)用[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2016,29(02):55-56.

        [4]王瑛.煤礦地面供電系統(tǒng)技術(shù)改造措施分析[J].通信電源技術(shù),2016,33(01):145-146,148.

        [5]劉折,呂文星.礦井供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].山東工業(yè)技術(shù),2016(04):187-187.

        [6]石雙寶.礦井地面供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開發(fā),2015,30(10):27-28.

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