煤礦井下供電管理系統設計

王 川 ，古 鋒

（兗州煤業股份有限公司機電環保部，山東 鄒城 273500）

0 引言

煤礦井下供電在整個煤礦生產中占有重要的地位，供電系統管理的好壞，直接關系到電網的安全性、可靠性、合理性和經濟性，對礦井生產效率的提升與安全生產有著舉足輕重的作用。加強煤礦供電管理、科學準確的計算出供電參數是保證煤礦井下供電安全的重要條件。

目前，很多煤礦主要采用CAD軟件對井下供電系統圖進行繪制與修改，圖形實體間沒有建立拓撲關系及邏輯關系，無法對電流路徑進行分析，設備及纜線選型、電壓損失、故障電流和整定值等工作仍采用手工計算。由于煤礦井下設備變化頻繁，任何設備的變化均會引起相應的短路電流、保護整定、電壓損失等的變化，導致計算量大，投入人力多，工作效率低，結果不準確。

隨著井下工作面的不斷向前延伸、擴大，供電網絡日趨復雜，單一靠人工方式來完成這些任務的方法遠不能適應要求，迫切需要一個可靠的供電管理系統來代替傳統人工計算與管理，來實現對供電網絡的科學化管理。

1 系統總體結構

1.1 系統邏輯模型

本系統采用四層架構，分為數據存儲層、數據訪問層、業務邏輯層、表現層，其中數據訪問層不會訪問Visio文件對象，訪問Visio文件對象的不會去訪問數據庫，它們統一由業務層（Business）調配，各層之間分享Entity層的信息。同時利用企業數據服務組件Enterprise Library模塊完成數據庫的底層訪問，形成一個高度集成和統一的系統邏輯模型。系統邏輯模型如圖1所示。

圖1 供電系統邏輯模型

1.2 系統軟件結構

本系統軟件開發平臺采用微軟VS2010.NET，網絡版數據庫采用SQL Server 2008，本地版采用Access與SQL Server 2008相結合，服務器操作系統采用Windows Server2008操作系統，用戶端采用微軟NT系統平臺。

2 關鍵技術

2.1 基于層的自動繪圖算法

井下電網的繪制是同層電氣設備繪制在同層，基本上都是從上往下繪圖，根據此原則設計了一套基于層的自動繪圖的算法，其算法流程圖如圖2所示。

圖2 基于層的自動繪圖算法流程圖

2.2 基于XML的開放說明書生成

文檔說明書采用word文檔的xml格式的文件，生成的說明書即可以脫離word環境存在，又不失word文檔的特性，其模板獨立于程序，可以任意調整格式，可以根據后期應用的改變隨時調整。如圖3是采用word設計的xml說明書原始模板。

圖3 基于XML的開放說明書模板

2.3 優化的電網空間特征實體模型建設

電網空間特征模型是本系統實體數據組織方式，井下供電設計主要是設備和電纜兩類實體，它們具有一般幾何實體的幾何信息，同時具有連接的邏輯關系與電氣屬性信息，本系統對實體數據設有空間特征數據、拓撲關系和屬性數據3個方面，其中空間特征、拓撲關系由系統定義好，如表1為空間特征屬性表。屬性數據由系統自動讀取圖元的定義信息，該信息可以進行擴充和修改。

表1 空間特征屬性表

3 系統功能設計

3.1 供電網絡快速繪制

供電網絡設計是系統核心功能，此模塊以工作區為單位組織設計井下供電網絡圖，分為：新建工作區、打開工作區、另存工作區三種操作功能。一個工作區下可添加多個變電所，每個變電所是一個單獨的供電網絡圖。

采用設備基礎信息平臺為系統提供多種當前通用的井下供電圖元（含參數），供電圖的繪制無需進行拖拽和連線，只需點擊對應圖元，調整位置即可。系統對下一級設備類型的選擇做了正確的限制，如高壓開關下面不能直接添加低壓開關，必須先添加變壓器等，以保證所繪供電圖符合實際與準確無誤。圖元的屬性可以在繪圖區直接快速的設定，繪圖效率大大提高。

3.2 供電網絡動態監控

供電網絡中任何設備參數的變化對整個網絡短路電流、保護整定、載流量、電壓損失等的影響都會以紅色高亮反映在整個供電網絡圖中，實現計算結果動態可視化監控并生成說明書。如圖4所示。說明書包括變壓器視在功率計算、低壓電纜校驗、開關整定計算、短路電流計算、電機起動電壓計算、電壓損失校驗、高壓電纜校驗、高壓開關校驗、供電設計報告等。各種計算結果都包含了詳細標準的計算公式，計算結果準確無誤。

圖4 供電網絡動態監控示意圖

3.3 多種格式繪圖文件導出

系統可以將設計的供電圖導出成dwg格式，可以在cad軟件環境下進行進一步調整，系統也可以將供電圖導出成vsd、pdf等多種文件格式。

3.4 供電網絡優化與統計分析

通過自動計算，可對供電網絡進行優化設計，主要包括各級負荷統計、變壓器的優化選擇、電纜的優化選擇、保護裝置的優化選擇、各級電壓損失計算、載流量計算，優化后自動更新供電系統圖，以工作區為單位自動統計出開關、電纜、負荷、變壓器的各種參數，以表格形式輸出。

3.5 供電設備智能選型

系統會根據用戶參數的設定，智能的提示用戶選擇合適的設備參數或給出合理的改進方案，具有一定的智能性，為操作人員在專業水平不夠的情況下提供一定的指導。

4 系統優點

1）先進性：采用客戶端/服務器開發模式，支持大規模數據處理應用。以Microsoft.NET Framework為框架，模塊化設計。

2）開放性：系統采用標準SQL語句，方便系統移植，可以在現有系統的基礎上添加多個新子系統，實現數據開放共享。

3）智能性：系統通過個性化的配置，能夠自動的以不同的樣式顯示有關校驗或者整定不合格的圖元，自動優化設計及選型，使整個供電網絡的校驗結果一目了然。

4）易維護性：系統需要升級或者數據庫中的數據需要調整時，僅需對總數據中心服務器上的系統進行遠程更新、遠程維護，降低系統維護工作量。

5 結束語

井下供電管理系統集繪圖、計算、管理、優化、統計于一體，可以同時自動完成設備參數庫的建立、供電系統圖的繪制、短路電流計算、電壓損失計算、整定計算，數據調用、標注、修改、儲存、輸出報告等功能，使煤礦供電管理信息化、智能化，實現數據共享，在煤礦具有廣泛的推廣應用前景。