煤礦井下電力監控系統研究

摘 要：一直以來，頻繁發生的煤礦井下安全事故暴露出我國煤礦井下的安全隱患，而煤礦井下電力監控系統的安全與否則是重中之重。此文就我國目前煤礦井下的電力監控系統的應用現狀對電力監控系統的結構、功能以及當前的一些新技術進行了研究分析，并對此提出可能的改進方法和建議。

關鍵詞：煤礦井下 電力監控 研究

中圖分類號：TM6文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0067-01

1 我國煤礦井下電力監控系統的應用現狀

煤炭是我國十分重要的能源組成部分之一，而煤礦井下的安全問題一直也是困擾著煤礦安全生產管理者和國家相關監管部門。我國煤礦井下電力監控系統的應用較晚，早在80年代初，我國先后從國外引進了一批電力監控系統，使一部分煤礦的安全生產系數得到了提高。同時，我國相關技術人員對國外的電力監控系統進行研究分析，并結合我國自身電力安全監控系統的現狀，先后研制出一批符合我國煤礦井下作業的電力監控系統。如采用工控機的井下控制單元、用單片機作為控制器等。而目前被廣泛應用到煤礦井下的電力監控系統主要有以下幾種。

（1）由我國第一代時分制監控系統創始人賈柏青研制的鎮江中煤電子KJ101；

（2）在前身KJ2系統的基礎上發展起來的常州自動化所KJ95，它同長城瑞賽的主要區別在于能生產部分傳感器；

（3）由在我國的加拿大外資企業生產的電力監控系統森透里昂KJ31，此系統的優勢在于其傳感器采用分布式組網結構，沒有中間分站進行信息中轉，而是將信息直接傳遞到地面上的主機，所以具有抗瞬變脈沖群干擾的性能。

另外，還有一些比較知名的電力監控系統，如長春東高KJ19、撫順安儀KJ80，上海嘉利KJ92以及江西煤研KJ65等。雖然我國擁有眾多具備各種不同性能的電力監控系統，但由于煤礦井下電力監控系統是由地上監控主站、井下監控單元、傳感器、電纜等組成，系統結構宏大而復雜，因此對入井人員管理較為困難，井上的管理人員難以掌握井下人員作業的實時情況，而且一旦事故發生，對井下人員安全信息的獲取以及營救效率較低，加之我國的電力監控系統的發展水平一直還停留在上世紀90年代初，因此，充分了解煤礦井下電力監控系統的結構、工作原理和過程并提高煤礦井下電力監控系統的技術以保障煤礦井下作業人員的安全顯得尤為重要。

2 我國煤礦井下電力監控系統的分析研究

我國煤礦電力監控系統主要由井上系統和井下系統組成。而井上系統又由系統中心站和局域網絡組成。在系統中心站中，主要完成的功能有環境監測、生產監控、并由中心站軟件完全顯示測量數據及實現網絡連接。井上系統的工作過程是由地面上的光端機采集井下監控單元的數據，然后將這些數據傳送給地面監控計算機，工作人員再通過相關的軟件平臺對這些數據進行分析整理，再將整理后的數據通過地面光端傳送給井下監控單元。而地面上的集控站是通過以太網與井下監控系統相連，并通過采集的數據對煤礦供電系統的當前運行狀態進行分析處理以實現隨時對井下的電力系統進行監控管理。而對于井下的煤礦監控系統，雖然其形式多樣，但基本上都具備以下功能：開機自動檢測和本機初始化功能、通信測試以及監測功能（包括環境監測、瓦斯管道監測等）、死機自動復位且通知中心站功能、接收地上站的參數功能、自動識別傳感器型號功能等。而在這些功能中，傳感控制器的穩定性和可靠性顯得尤為關鍵，它關系著煤礦監控系統所反映的被測環境和設備參數是否正確，若參數不正確，將會直接影響地面集控站對井下煤礦作業的監控。目前我國所生產并用于煤礦電力監控環境系統的傳感器基本都滿足了煤礦安全生產監控的需要，如對風速、負壓、溫度、電流電壓的模擬量。但是這些傳感器也存在一些缺陷，如使用壽命相對國外產品短、可靠性的和穩定性方面也遠遠不如國外同類產品，其某些性能還不能滿足用戶的需要，因此對傳感器的升級研究非常重要。

再者，對于井下電力監控系統的研究方面，應格外注意以下功能的設計：井下工作人員的識別和定位、井下動態目標的定位，如車輛及其它設備、井下安全的實時監控、井下一旦發生安全事故時工作人員的及時救援。在對井下工作人員的識別方面，應尤其注意限制井下作業人的進出數量，并對其進行嚴格考勤和實時監控以確保一旦事故發生，地上管理人員可第一時間了解井下作業人的數量及位置，保證救援的及時性和準確性。而對動態目標的定位，通常是采取對不同的動態目標進行唯一編碼的形式以實現對動態目標的信息獲取和定位監控。在井下實時監控方面，一般通過采集煤礦安全數據并對其分析處理，以實現超時報警和斷電控制，同時采用高線形式對井下瓦斯濃度進行記錄分析，從而采取相應的安全生產措施并保證生產決策的正確性。而對于井下作業人員的救援方面，包括了逃生監測、輔助搜救，每個工作人員身上都攜帶了便攜式數據終端，通過這個數據終端，井上的監測中心工作人員可以準確地獲取工作人員的定位信息并及時救援。

3 我國煤礦井下電力監控系統的新技術

根據以上分析，我國煤礦井下電力監控系統雖能基本滿足煤礦井下作業的基本要求，但和國外同類產品相比其安全系數還有待提高，多數產品都存在以下問題：易發生故障越級跳閘、故障定位速度比較慢、漏電保護沒有選擇性、缺乏供電信息整合。針對以上問題，我國產生了一批煤礦井下電力監控系統的新技術。

（1）如采用XR-200系列煤炭專用型保護構成的區域保護系統，它能完全消除越級跳閘，在斷路器失靈時，上級能保護快速跳閘。

（2）防電壓波動而造成大面積停電，這類技術是采用流閉鎖方法而避免電壓波動造成保護誤動，甚至在失電后，失壓保護還能正常工作。

（3）對電網故障快速定位，這類技術是在調度SCADA系統的基礎上，實現供電系統的故障診斷，給系統的調度人員一個非常明確得提示。

（4）采用專利技術的XRA-600高壓選擇性漏電保護系統，它通過一個基于模型識別原理的算法，以實現耐過渡電阻能力強、不受消弧線圈和間歇電弧的影響。此系統速度快、原理十分可靠、靈敏度高且準確率達到了100%。

以上這些技術，實現了對井下工作情況的實時監控、地面及井下變電所無人值班，提高了安全運行效率，在減少安全監控工作人員數量的同時還提高了故障定位和處理的速度。

4 結語

雖我國的煤礦井下電力監控系統的發展日新月異，但相比發達國家的煤礦井下電力監控系統的技術仍有不小差距，且煤礦井下的電力監控系統關系著每一個井下工作人的生命安全，責任重大，因此對我國煤礦井下電力安全監控系統的進一步研究刻不容緩。

參考文獻

[1]曾宇航.我國煤礦安全監控系統研究綜述[J].軟件導刊，2010（7）：141-142.

[2]于勵民，蔡俊偉.礦井供電安全保護及監控系統的研究與應用.第22屆全國煤礦自動化與信息化學術會議：10-17.