斜溝礦井下供電監控系統設計研究

侯 勇

(西山煤電(集團)有限責任公司安監局，山西 太原 030053)

1 礦井供電系統概況

（1）礦井地面供電系統概況

斜溝礦10kV開閉所的兩趟10kV電纜引自魏家灘110kV變電所形成雙回路供電。地面2臺S9-500kVA變壓器將10kV高壓變為380V低壓向地面負荷供電，井下23臺移動變壓器為采掘設備提供充足電量。

（2）工作面供電概況

工作面所有負荷由7#聯絡巷內的移變提供，電源取自13采區1#變電所7607#高開柜，經1250kVA移動變壓器變壓后向工作面設備供電；移變出線安設KBZ-400分路開關，用于實現風電閉鎖與瓦斯電閉鎖。局扇電源分別來自13采區1#變電所1-3、2-3風機專用饋開，實現風機雙回路供電。見圖1。

2 井下供電監控系統的作用

井下供電監控系統起著連接地面與井下的橋梁作用，可以將井下監測的數據實時傳送到地面，通過調度中心對井下供電系統的實時數據進行記錄，可以實時了解和控制井下各電氣設備的運行狀態，監視井下電氣設備以及供電系統是否正常運行，在發生故障時，能夠迅速發現故障位置，診斷故障類型，而且可以及時作出反應，使井下供電系統的管理更加高效，提高整個供電系統的運行管理水平。

圖1 工作面供電系統圖

3 井下供電監控系統的功能

3.1 監控井下電氣設備的三大保護

（1）過流保護。即電氣設備在運行時不允許超過額定電流，否則會燒壞設備，超過額定電流時設備自動斷電保護。由于井下環境特殊（煤塵、瓦斯等的存在），一旦電氣設備和電纜過流時，就有可能引起設備起火爆炸，更嚴重時會導致瓦斯和煤塵的爆炸。因此對井下供電監控系統要求能夠及時發現過流故障，并能夠及時切斷電源以達到過流保護的目的。

（2）漏電保護。即用電設備絕緣受損時發生短路故障防止人身觸電和設備起火的保護，一般漏電保護器都安裝在配電箱插座回路與總配電箱電源進線上。因此井下供電監控系統應與漏電保護器相連接，當發生漏電時能及時報警并傳輸數據給地面指揮中心，并可以及時控制處理漏電。

（3）保護接地。即為了防止有可能帶電（電氣設備金屬外殼）等對人身和設備安全有威脅的接地。保護接地的意思就是在將正常運行時不帶電，而在電氣設備損壞時（絕緣受損、電氣設備帶電的金屬部分）能夠通過導線將電流輸送至地面。

3.2 供電監控系統對井下用電設備故障的反應要求

（1）判斷性。一旦井下電氣設備發生故障，要求監控裝置能夠及時發現故障部位，檢查出故障類型并可以切斷故障設備供電，無故障設備正常運行，使停電范圍盡量縮小，使損失最小化；

（2）敏捷性。一旦井下電氣設備發生故障，監控裝置能夠迅速反應、診斷、處理故障，切斷對故障設備的供電，使故障影響范圍盡可能減小，從而減輕對設備的損壞程度，并且要能夠保證無故障部位正常運行，盡可能減少停電時間，最大限度減少損失，避免更嚴重的事故發生；

（3）實時性。可以實時顯示設備的運行情況，發生故障時能夠及時顯示故障的類型以及發生的部位。

4 井下供電監控系統設計

監控系統由地面主站、井下分站和井下數據分站組成。

4.1 地面主站

地面主站是整個監控系統的大腦，是整個監控系統實現發出命令、存儲數據、監控系統等功能的最主要部位。地面主站由主機服務站、數據處理器、監控工作站組成。主機服務器分為硬件與軟件兩部分。通訊服務器、數據服務器、監控工作站構成硬件的主站系統。通訊服務器是三臺PC機，可以完成井下與地面監控信息的數據傳送、供電線路監視、存儲處理部分數據等工作；數據服務器主要功能為儲存歷史數據，同時數據服務器也兼作web服務器；監控工作站主要功能為監控井下供電設備以及供電線路的運行情況。主機服務站是通過服務器用以太網與井下監控分站相連接（見圖2）。系統軟件和應用軟件組成主站系統軟件，是根據井下供電監控系統設計規程設計出一個可以對整個井下供電系統監測、記錄、分析、控制的軟件。操作系統采用Wndows 7，本數據系統采用mysql數據庫。

圖2 主機服務站結構圖

4.2 井下分站

井下分站是監控系統在電氣設備處的直接裝置，由高性能的工業嵌入式通訊服務器、后備的工作電源、光纖接續盒、工業光纖以太網交換機等組成。可以使用多種通訊方式。軟件內部為實時監控、記錄操作系統，并添加了多種外掛式軟件模塊以進行功能擴充。配有防爆型LED顯示器，能夠顯示井下各電氣設備的運行情況。其主要作用是監控井下高壓開關，發生故障可以及時通知地面主站，此外還可以記錄故障、傳輸數據、存儲數據、實時監控，通過光纖與地面監控中心實現通訊。見圖3。

4.3 井下數據分站

井下監控系統起著對井下電氣設備監控、控制的功能，井下數據分站是井下供電監控系統的主要組成部分之一，起著實現集中監控、使所有監控裝置同步進行、斷電時數據能夠自動保存、實時監控各種數據操作、交換井下監控裝置與地面調度中心指令的數據、實現規約轉換等功能，是實現煤礦自動化的關鍵技術，與井下監控分站起著相輔相成的作用。通訊分站的結構站由防爆外殼、高性能工業通訊服務器、開關電源、不間斷后備電源、光纖以太網交換機等構成。見圖4。

圖3 井下分站監控系統結構圖

圖4 井下數據分站外形圖

5 結語

本文以斜溝礦井下供電系統改造為背景，依據整體設計思路，同時綜合考慮井下供電環境等多重因素，設計出由地面監控主站、井下監控分站、通訊分站三部分組成的井下供電監控系統，包括相應的軟件，實現對井下電氣設備的實時監控與控制。經過現場實踐表明，應用該監控系統可以使井下供電系統更加安全、可靠，為礦井帶來巨大的經濟效益，并為以后的類似礦井供電監控系統改進提供思路。