地下采礦配電系統(tǒng)信息化智能化應用初探

白光輝， 徐秀祥

(1.中國恩菲工程技術有限公司 電氣及自動化事業(yè)部， 北京 100038；2.銅陵有色金屬集團 冬瓜山銅礦， 安徽 銅陵 244000)

地下采礦配電系統(tǒng)信息化智能化應用初探

白光輝1， 徐秀祥2

(1.中國恩菲工程技術有限公司 電氣及自動化事業(yè)部， 北京 100038；2.銅陵有色金屬集團 冬瓜山銅礦， 安徽 銅陵 244000)

隨著采礦技術的發(fā)展，對地下采礦配電系統(tǒng)提出了更高的需求。本文根據(jù)國內(nèi)其它行業(yè)配電系統(tǒng)控制水平，對實現(xiàn)地下采礦配電系統(tǒng)信息化智能化進行初步探討。

地下采礦配電系統(tǒng)； 信息化； 智能化； 融合系統(tǒng)

1 國內(nèi)配電系統(tǒng)信息化概述

隨著人民生活水平和生產(chǎn)水平的不斷提高，對電力的依賴程度也在同步增長，這對電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性提出了更高的要求。目前國內(nèi)各大型發(fā)電企業(yè)、輸配電企業(yè)、用電企業(yè)配電系統(tǒng)的信息化智能化水平已經(jīng)達到了較高水平。在我國高壓配電系統(tǒng)一般采用SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)了“遙調(diào)、遙訊、遙測、遙控”四遙功能。低壓配電系統(tǒng)作為電能最終送到主要用電末端電控設備，也實現(xiàn)了低壓配電系統(tǒng)信息化智能化。相應的配電系統(tǒng)監(jiān)測、調(diào)度、管理軟件也得到長足的發(fā)展。

2 目前國內(nèi)地下采礦配電系統(tǒng)現(xiàn)狀、架構、特點、需求

2.1 目前國內(nèi)地下采礦配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1.1地下采礦配電系統(tǒng)電壓等級

在我國地下采礦配電系統(tǒng)中，高壓電壓等級一般為6 kV或10 kV，主要用于配電和高壓電動機供電；低壓為380 V或660 V，主要用于低壓電動機和配電；220 V一般作為控制電源。110 V(127 V)一般用于照明電源。

2.1.2地下采礦高壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)地下采礦高壓配電系統(tǒng)中的開關柜普遍采用微機綜合保護器。微機綜合保護器除了完成高壓回路的各種測量、保護和事故記錄外，還可以提供各種通訊協(xié)議接口。常用的通訊協(xié)議接口為Modbus。根據(jù)用戶需求，廠家還可以提供其它多種通訊協(xié)議接口。微機綜合保護器是目前高壓柜普遍采用的智能保護終端設備。通過微機綜合保護器，少數(shù)大型礦山實現(xiàn)了地表對高壓配電系統(tǒng)的全面監(jiān)測；一些礦山在高壓配電室實現(xiàn)了就地集中監(jiān)視；而大多數(shù)礦山僅靠開關柜本體安裝的微機綜合保護器實現(xiàn)分散監(jiān)視。

2.1.3地下采礦低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

低壓配電系統(tǒng)一般采用常規(guī)的斷路器、接觸器、熱繼電器、熔斷器、控制繼電器、各種主令電器、互感器及各種電工儀表(電流表、電壓表、功率表、電能表等)等分立元件組成的低壓開關控制柜來實現(xiàn)配電、控制、保護、監(jiān)視等功能。金屬礦山行業(yè)低壓配電系統(tǒng)在信息化智能化總體水平遠落后于電力行業(yè)和建筑行業(yè)。

2.2 地下采礦生產(chǎn)配電系統(tǒng)的構架

在我國地下采礦配電系統(tǒng)中，通常把高壓引至地下主要用電負荷中心的中央變配電所。然后，根據(jù)負荷需求從中央變電所把高壓電源放射到其它中段采區(qū)變電所，經(jīng)過變壓器、低壓柜提供低壓電源。

地下各個中段根據(jù)負荷需求情況決定是否設置采礦變電所，在大型礦山的一個中段有時分布著多個變電所。地下采礦變電所都分散布置，目的就是使得變電所靠近用電負載。

各個變電所之間電纜一般要經(jīng)過水平巷道、豎井、天井、風井等線路進行敷設，線路長度為幾百米到幾公里不等。為保證可靠供電，下井主電源一般采用雙回路供電。

2.3 地下采礦生產(chǎn)配電系統(tǒng)的運行特點

各個中段采區(qū)變電所一般均獨立運行。雖然在采區(qū)變電所設有電話，但采區(qū)變電所目前普遍采用無人值守運行模式，所以要實現(xiàn)采區(qū)變電所之間送電、斷電、查找跳閘原因等，一般需要人員從一個采區(qū)變電所到另外一個中段采區(qū)變電所，路途花費幾十分鐘到一兩個小時都屬正常。

目前國內(nèi)少有變電所之間、變電所與地表集中調(diào)度室之間建立信息化智能化系統(tǒng)，更少有遠程遙控低壓配電回路的應用。

2.4 地下采礦生產(chǎn)對配電系統(tǒng)的需求

地下采礦生產(chǎn)對配電系統(tǒng)安全性、可靠性具有很高的需求。安全可靠的電力系統(tǒng)是采礦安全連續(xù)生產(chǎn)的基礎和保障。除此之外，隨著國際礦業(yè)市場競爭日趨激烈，節(jié)能降耗受到廣泛重視。

因此，地下采礦配電系統(tǒng)實現(xiàn)信息化智能化，在保證安全和可靠供電的前提下，實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的全面監(jiān)測、遠程遙控、提前預警、杜絕電氣火災、精確保護設備、快速處理事故、用電量全面實現(xiàn)自動計量、降低能耗，是目前礦山生產(chǎn)的迫切需要。

3 地下采礦高壓配電系統(tǒng)信息化智能化初探

3.1實現(xiàn)地下采礦高壓配電系統(tǒng)信息化智能化的基礎

從前面對地下采礦高壓配電系統(tǒng)敘述可以看出，目前國內(nèi)地下采礦所使用的高壓開關柜普遍配置微機綜合保護器，而微機綜合保護器本身就是高壓柜智能保護終端，且可以提供多種標準通訊接口，具備實現(xiàn)高壓配電信息化智能化的基礎。

3.2實現(xiàn)地下采礦高壓配電系統(tǒng)信息化智能化的方法

實現(xiàn)地下采礦高壓配電系統(tǒng)的信息化智能化可以采用以下幾種方法：

(1)采用微機綜合保護器廠家配套的通訊設備和配套軟件，構建獨立的高壓配電信息化智能化系統(tǒng)；

(2)采用第三方監(jiān)控軟件，通過微機綜合保護器提供的標準通訊接口，構建獨立的高壓配電信息化智能化系統(tǒng)；

(3)采用工業(yè)控制器具備的通訊功能，直接與微機綜合保護器進行通訊，構建控制系統(tǒng)與高壓配電信息化智能化的融合系統(tǒng)。

上面前兩種方法普遍被采用，但本文更推薦采用第三種方法。首先，可以減少自動化系統(tǒng)數(shù)量；其次可以在控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)高壓電動機多級保護值和報警值。

4 地下采礦低壓配電系統(tǒng)信息化智能化初探

4.1實現(xiàn)地下采礦低壓配電系統(tǒng)信息化智能化的基礎

作為把電能最終送到各個用電裝置或設備末端的低壓配電系統(tǒng)和低壓電器，其信息化智能化早就受到極大的重視。擁有各種品種、功能、型號、規(guī)格的低壓電器及相應的配套軟件。例如：三相和單相多功能電力儀表、電動機保護器、智能開關、電氣火災監(jiān)控儀、智能以太網(wǎng)I/O模塊和適配器、遠程智能I/O模塊、通訊適配器、通訊協(xié)議轉化模塊、短消息通知模塊、配電智能監(jiān)控系統(tǒng)等等。這些為構建低壓配電系統(tǒng)信息化智能化提供了堅實的基礎。

4.2實現(xiàn)地下采礦低壓配電系統(tǒng)信息化智能化的方法

實現(xiàn)地下采礦低壓配電系統(tǒng)的信息化智能化有許多種方法，最簡單和常用的方法就是采用標準的智能低壓電器構建信息化智能化低壓配電系統(tǒng)。但采用這種方法構建的配電系統(tǒng)價格較高，電器元器件規(guī)格種類較多，技術要求較高，因此應用范圍往往受到限制。在實際應用中，一般僅針對低壓配電系統(tǒng)中的重要的回路才采用信息化智能化設計，沒有做到全面實現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)信息化智能化。

4.3實現(xiàn)地下采礦低壓配電系統(tǒng)信息化智能化的新思路探討

地下采礦生產(chǎn)對低壓配電系統(tǒng)的要求與電力行業(yè)和建筑行業(yè)存在較大的不同，采用常規(guī)方法構建的信息化智能化低壓配電系統(tǒng)不僅價格高，同時在應用中也存在不足。因此，有必要尋找一種新的方法。

在地下采礦配電系統(tǒng)中存在著大量的電動機回路，且這些電動機往往需要相互連鎖控制。而常規(guī)智能配電系統(tǒng)不具備連鎖啟動功能，還需要另外配置控制器。而目前的控制器除了具備強大控制功能外，還具備豐富的通訊功能。所以，筆者認為采用通用控制器直接與智能低壓電器構建的信息化智能化低壓配電系統(tǒng)，不僅性價比高，而且還可以更好適應地下采礦生產(chǎn)的需求。

5 實現(xiàn)地下采礦配電系統(tǒng)信息化智能化可以獲得的主要效益

5.1 實現(xiàn)地下采礦生產(chǎn)電能全面管控

目前，在國內(nèi)地下采礦生產(chǎn)中，能源管控還處于很粗放的水平。電力是地下采礦生產(chǎn)的主要能源，通風系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)和供排水系統(tǒng)也是電力能源一種轉換形式。因此，實現(xiàn)了地下配電系統(tǒng)全面信息化智能化，即可實現(xiàn)對地下采礦主要能耗的全面監(jiān)測監(jiān)控。

實現(xiàn)了地下配電系統(tǒng)全面信息化智能化，到達對每一條低壓配電回路實現(xiàn)全面監(jiān)控和計量，在實現(xiàn)對地下采礦生產(chǎn)單位電能精確計量節(jié)能降耗的同時，也可以采用同樣辦法，對全礦用電實現(xiàn)合理調(diào)度，實現(xiàn)削峰填谷，避免出現(xiàn)超過申請用電額度情況，節(jié)省電費。

5.2實現(xiàn)地下采礦配電系統(tǒng)安全監(jiān)視、杜絕電氣火災

公安部在2007年火災統(tǒng)計中，電氣引發(fā)火災占50%，而美國僅占10%。地下采礦生產(chǎn)發(fā)生火災時，不僅僅會造成財產(chǎn)的損失，同時對地下人員的生命存在巨大的安全隱患！

智能化配電系統(tǒng)可以檢測到每一臺電動機和配電回路，通過信息化手段及時發(fā)出預報警和報警，可以采取人工檢查、遠程斷電、自動切除等多種方法，切除故障回路以及相鄰的回路的供電。把火災消滅在初期，防止火災的發(fā)生。

實現(xiàn)配電系統(tǒng)信息化以后，利用監(jiān)控軟件可以積累大量電力運行數(shù)據(jù)，這些監(jiān)視數(shù)據(jù)可以自動生產(chǎn)多種等級的報警值，確保準確和及時發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)和工藝設備的異常情況。

5.3實現(xiàn)配電系統(tǒng)遠程送電和斷電操作、事故分析數(shù)據(jù)化、快速排除故障

信息化智能化配電系統(tǒng)可以實現(xiàn)地下配電系統(tǒng)遠程送電和斷電操作，可以確保地下采礦生產(chǎn)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性?？梢杂行Ы鉀Q地下配電系統(tǒng)分散、人工操作費時費力問題。對高海拔礦山和目前的深井開采十分適用。同時，利用地下的綜合無線網(wǎng)絡，電氣技術人員可以在有WIFI的區(qū)域，使用移動手持終端進行遠程操作、故障查找等操作，擴大了操作區(qū)域，使得地下供電系統(tǒng)維護更加靈活方便。

另外，配電系統(tǒng)的全部運行狀態(tài)均可以得到監(jiān)控，故障點自動報警，并提供故障瞬間和故障狀態(tài)的相關記錄，實現(xiàn)快速排除故障，保證采礦生產(chǎn)的連續(xù)性。

5.4實現(xiàn)對礦井提升、運輸、通風、排水等系統(tǒng)及設備智能集中化監(jiān)控

在地下采礦生產(chǎn)中，礦井提升、軌道運輸、巷道通風、地下排水、破碎系統(tǒng)等主要系統(tǒng)，通過信息化智能化配電系統(tǒng)均可以得到集中監(jiān)控，這些系統(tǒng)不再需要建設其它監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。這樣在實現(xiàn)全面集中監(jiān)控的同時，也簡化了地下的自動化系統(tǒng)，減少了維護工作量，降低了運營成本。

5.5 提高了目前電動機控制和保護水平

目前，在礦山行業(yè)中普遍依靠配電系統(tǒng)對一般電動機進行保護，控制系統(tǒng)對電動機僅做到啟?？刂?。而配電系統(tǒng)對電動機保護均為極限保護，再加上電動機保護設備整定值一般均偏大，電動機損壞情況比較普遍。

本文提出的信息化智能化配電系統(tǒng)，做到控制系統(tǒng)和配電系統(tǒng)相互融合，這樣控制系統(tǒng)在控制策略中，利用采集到的電動機數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對電動機精確保護和提前預警保護。另外，對工藝設備普遍存在的“大馬拉小車”的情況，對工藝設備也可以實現(xiàn)保護。

控制系統(tǒng)利用采集到的電動機數(shù)據(jù)，經(jīng)過能源管控軟件可以建立電動機和工藝設備“電流健康曲線”，實現(xiàn)對電動機極限保護前的電動機和設備保護全面監(jiān)視，實現(xiàn)提前預警、精確保護、全面減少電動機和設備損壞情況。

5.6 為礦山ERP電氣設備管理提供基礎支持

配電系統(tǒng)的信息化可以為配電系統(tǒng)、電氣設備管理提供了大量基礎數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備更換、備件儲存數(shù)據(jù)化。降低電氣設備備件成本。

另外，配電系統(tǒng)的信息化還可以提供工藝設備準確的電度消耗和運行累計時間。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以有計劃安排維護工作和人員，使得維護工作常態(tài)化，達到維護工人天天有活干，減少直至消除搶修維護，從而減少維護人員。

6 結束語

地下采礦配電系統(tǒng)的信息化智能化是實現(xiàn)信息化和智能化礦山的一個重要組成部分。無論是目前礦山的技術發(fā)展需求，還是配電系統(tǒng)的技術基礎，都具備了實現(xiàn)地下采礦配電系統(tǒng)信息化智能化的條件。在提高配電和控制水平的同時，充分利用配電系統(tǒng)信息化提供的數(shù)據(jù)，在能源管控、設備維護、備品備件等諸多方面，充分挖掘信息化存在的潛能，獲得更大的經(jīng)濟效益。

地下配電系統(tǒng)信息化智能化，必將給采礦生產(chǎn)帶來安全、高效、低耗、少人等諸多經(jīng)濟效益和提供堅實的技術支持和保障。

PreliminaryStudyontheApplicationofInformativeandIntelligentPowerDistributionSysteminUndergroundMining

BAI Guang-hui1， XU Xiu-xiang2
(1.Electrical and Automation Department, China ENFI Engineering Corporation, Beijing 100038, China；2.Dongguashan Copper Mine, Tongling Nonferrous Metal Group Holding Co., Ltd. Tongling 244000, China)

With the development of mining technology, it puts forward higher demand for the underground mining power distribution system. According to the level of control system in other industry, this paper carries on a preliminary discussion on the realization of the underground mining informative and intelligent power distribution system.

underground mining power distribution system； information technology； intelligence technology； fusion system

2014-09-15

白光輝(1963-)，男，北京市人，教授級高工，大學本科，主要從事有色金屬礦山自動化控制工作，現(xiàn)任中國恩菲公司電氣主任工程師。

徐秀祥(1968-)，男，安徽銅陵人，電氣工程師，大學本科，主要從事有色金屬礦山自動化控制工作，現(xiàn)任銅陵有色冬瓜山銅礦機動部長。

TD5

B

1003-8884(2014)06-0001-04