高希睿

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責任公司，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，對礦井經(jīng)濟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，推動地面供電系統(tǒng)的綜合自動化發(fā)展成為礦井未來建設(shè)的重要方向，對礦井綜合效益的持續(xù)提升意義重大。

1 礦井地面供電自動化系統(tǒng)概述

礦井地面自動化供電系統(tǒng)是有機融合計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信號傳輸技術(shù)而形成的一種針對地面供電系統(tǒng)進行綜合自動化實時管理的控制平臺。其運行的核心任務(wù)有：針對地面電網(wǎng)中線路、開關(guān)及變壓器等裝置的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，為技術(shù)人員的調(diào)控提供參照；對電網(wǎng)中的開關(guān)等電路元件進行操控，為分時供電、線路檢修等操作提供集中化作業(yè)平臺；綜合分析供電網(wǎng)路所反饋運行信息，為網(wǎng)路故障的排除提供參考?？偠灾撓到y(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)自動化系統(tǒng)多采用遠程分布式監(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)由微機保護裝置，具備遠程遙測和遙控功能，同時可自行實現(xiàn)過載保護與短路保護。同時測控分站同測控開關(guān)之間通過雙芯電纜實現(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)自動化系統(tǒng)常規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)特點分析

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

對于地面供電自動化系統(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。各層均有自己獨特的功能與特性。

（1）站控層

該層的主要功能是對整個自動化地面供電系統(tǒng)的運行開展實時監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行匯總分析與分類管理，是整個地面供電自動化系統(tǒng)各項功能得以實現(xiàn)的關(guān)鍵核心[1]。

（2）網(wǎng)絡(luò)層

需要指出的是，創(chuàng)設(shè)的主體是學生，而他們又是具有生命體的個體。因此，教師在創(chuàng)設(shè)過程中，要“以人為本”，旨在構(gòu)建一個輕松愉悅、和諧共生的課堂環(huán)境，而課堂教學的最終目標在于最大限度地挖掘出學習者的學習潛力和熱情，促成其成長。但同時學生也是動態(tài)的，創(chuàng)設(shè)過程中要注意有一定的延展性，對于突發(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)，對站控層所發(fā)出各類信息進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。其是整個地面用電自動化系統(tǒng)的信息樞紐。

（3）間隔層

該層的主要功能是對所接收的地面供電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行判斷，分析查找潛在的安全隱患，并在確保不影響整個系統(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，提醒工作人員進行檢修維護。此外，針對已經(jīng)出現(xiàn)的小故障，系統(tǒng)也可借助預(yù)設(shè)指令進行自動的維護處置，以最大化保持系統(tǒng)運行的連續(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，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。在使用時當處于額定區(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，在使用時當電流互感裝置進行二次繞組操作時，應(yīng)避免其同負荷相鄰過近，以避免形成短路，影響系統(tǒng)正常運行[3]。

（3）開關(guān)裝置

地面供電自動化系統(tǒng)常用的開關(guān)裝置主要包括隔離開關(guān)、負荷開關(guān)、高壓熔斷器及斷路器等，均屬于能夠進行啟閉操作的電路組件。其中斷路器在整個供電系統(tǒng)正常運行時始終保持開啟狀態(tài)，以確保電路運行的正常、穩(wěn)定，但當出現(xiàn)電路故障后，斷路器會自行斷開，阻斷電流，以保護電路的安全性；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)運行中若發(fā)生停電事故，則操作人員應(yīng)當?shù)谝粫r間開啟隔離開關(guān)，而在電力恢復(fù)供應(yīng)時則應(yīng)當先閉合隔離開關(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)可能對設(shè)備造成的損害。

3 地面供電自動化系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

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

優(yōu)先級數(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)進行調(diào)閱，并進行綜合性歸類整理，依據(jù)數(shù)據(jù)各自特性劃分不同的優(yōu)先級別[6]。在具體的設(shè)計上，首先必須確保該數(shù)據(jù)庫同整個電力供應(yīng)系統(tǒng)計時的完全同步，只有這樣才能最大化確保所調(diào)用數(shù)據(jù)的實時有效，從而為智能管理的時效性提供保障。

歷史數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)的核心功能是對系統(tǒng)過去一段時間內(nèi)的運行資料進行存儲，從而便于工作人員隨時調(diào)閱查看，為運行故障的處理提供數(shù)據(jù)支撐，同時該數(shù)據(jù)庫的存在還能夠顯著縮減系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口與緩存的負擔。其設(shè)計的核心要點為：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，針對緩沖區(qū)大小進行調(diào)控，同時借助數(shù)據(jù)壓縮手段避免系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲崩潰的現(xiàn)象。

內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫在整個系統(tǒng)的運行中承擔著各組件數(shù)據(jù)實時交換的功能，因此在對該數(shù)據(jù)進行組建時必須著重對訪問端口、系統(tǒng)索引算法等進行優(yōu)化設(shè)計[5-6]。

除此之外，I/O驅(qū)動接口和編程語言控制組件則是實現(xiàn)整個供電系統(tǒng)硬件系統(tǒng)得以有效運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)保障，兩者通過對數(shù)據(jù)的實時有效分析，進行數(shù)據(jù)的針對性存儲和指令發(fā)送，指揮系統(tǒng)運行。

4 總結(jié)

地面供電系統(tǒng)作為整個礦井生產(chǎn)動力的提供者，對其的自動化改造能夠在確保礦井生產(chǎn)動力充足的同時大幅提升動力供應(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，通過對礦井供電系統(tǒng)的自動化改造，能夠確保系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(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，實現(xiàn)電力最合理分配的同時，最大化確保電力系統(tǒng)運行的安全、持續(xù)。

參考文獻：

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

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

［3］蔡紅梅.地面供電自動化系統(tǒng)在礦井中的應(yīng)用［J］.山西煤炭管理干部學院學報，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.礦井供電綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計探討［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化系統(tǒng)設(shè)計［J］.機械管理開發(fā)，2015，30（10）：27-28.