煤礦井下供電設備監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)研究

郭輝 冀鋒

山東新巨龍能源有限責任公司 山東菏澤 274000

目前，國內(nèi)外在供電設備的系統(tǒng)監(jiān)測領域的理論和實踐研究的程度還不夠深入，因此結(jié)合現(xiàn)有的供電設備經(jīng)常出現(xiàn)的故障或者還沒有發(fā)現(xiàn)的問題（如停電后不能立即輸送電能等），探討以太網(wǎng)通訊技術(shù)、數(shù)字化集成電路技術(shù)和繼電保護理論在現(xiàn)有的供電設備監(jiān)測系統(tǒng)基礎上創(chuàng)新的可行性，以便實現(xiàn)礦井下供電的監(jiān)控系統(tǒng)能夠開發(fā)出四遙功能（遙測、遙調(diào)、遙信、遙控）[1]。

1 井下供電設備的故障監(jiān)測現(xiàn)狀

據(jù)現(xiàn)有的供電監(jiān)測系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)分析，井下的供電設備經(jīng)常會出現(xiàn)有故障但沒有發(fā)現(xiàn)、無故障跳電、停電后不能及時輸送等問題，而其監(jiān)測系統(tǒng)由于技術(shù)落后與機械設備和供電設備技術(shù)之間不相匹配的矛盾，不能及時地進行預警和做出絕緣處理，也不能精確地定位設備故障和系統(tǒng)漏洞，造成漏電保護不可靠。這樣容易給供電系統(tǒng)造成不穩(wěn)定的影響，甚至影響其電能輸送的質(zhì)量和穩(wěn)定性，也會造成供電設備損壞、報廢（如開關(guān)故障、局扇故障等），隨時都有可能引發(fā)惡性的安全事故。

2 煤礦井下供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的作用

當前我國有很多煤礦企業(yè)井下的供電系統(tǒng)都采用的是人工值守的方式，利用綜合保護器進行就地操作，而由于井下的工作面經(jīng)常發(fā)生變動，因而變電站需要頻繁地移動，這就導致井下中央變電所和采區(qū)變電所分布分散。并且，由于井下工作條件惡劣，井下眾多的供電設備的運行都會受到一定的影響，僅僅依靠人力來控制井下供電設備的運行不僅會給相關(guān)操作人員帶來無法估量的危險，再加上無法對危險進行及時的反饋，因而在煤礦的生產(chǎn)過程中仍會出現(xiàn)諸多安全隱患。

3 井下供電設備及其系統(tǒng)的概述

礦井下的供電系統(tǒng)的用電負荷應按照不同的設備需求進行設計，如井下主排水泵、人員升降副立絞車等應設計一級負荷供電，主井的提升設備、裝載設備等采用二級負荷用電的設計。在井下供電系統(tǒng)中，其所使用的設備主要包括了磁力啟動器、變壓器、綜保、饋電開關(guān)等，這些設備都需具備防爆、自動隔絕電力的功能，其中變壓器的配置不得少于 2臺，電源線的進線和母線的分段中應裝有斷路器[2]。

3.1 井下供電設備的三大被動保護措施

過電流保護。供電設備中電流異常大的現(xiàn)象稱為“過電流”，當供電設備內(nèi)通過的電流超過了其設計能夠承受的最大電流的時候就會導致供電設備出現(xiàn)損壞。而對于煤礦井下來講，過電流所帶來的熱量很容易導致井下瓦斯的爆炸等安全事故，因此必須對井下的供電設備進行過電流保護。

漏電保護。漏電是電網(wǎng)經(jīng)常容易出現(xiàn)的問題，一般由于電網(wǎng)處在惡劣的環(huán)境之下，導致電纜的絕緣層受到了損傷，繼而發(fā)生的漏電現(xiàn)象，被稱為集中性漏電。而整個電網(wǎng)線路的絕緣水平偏低，從而導致整個線路都發(fā)生漏電的現(xiàn)象，則稱為分散性漏電。由此可見，對井下供電設備進行漏電保護是非常重要的。

保護接地。保護接地是將供電設備的外殼同大地相連接起來，由此將異常的電流導入地下，以達到對供電設備的保護的目的。

3.2 數(shù)據(jù)采集服務器

所謂的數(shù)據(jù)采集服務器是利用相關(guān)的硬件和軟件系統(tǒng)，實時采集井下供電設備運行的各種數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設備。數(shù)據(jù)采集服務器能夠定時自動采集數(shù)據(jù)，根據(jù)操作者的要求實時采集數(shù)據(jù)，控制對數(shù)據(jù)的停止采集或者不斷采集、修改終端參數(shù)，如各種報警限值、傳感器量程等。通過數(shù)據(jù)采集服務器的設定和應用，能夠及時監(jiān)控井下供電設備的運行狀態(tài)，當井下供電設備的運行參數(shù)超過警戒值，則自動停機或者提醒操作者。對于井下供電設備的任何異常情況都會記錄在案，以便于接下來的故障維修或者井下機械設備的定期維護工作。一般來說，井下數(shù)據(jù)采集服務器是有多套的，這樣才能保證一個數(shù)據(jù)采集服務器出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)還能夠接著使用。數(shù)據(jù)采集服務器相當于人類的眼和耳，能夠自主收集各種信息，為其他供電設備的穩(wěn)定運行提供參考性的依據(jù)。

3.3 通訊服務器在數(shù)據(jù)采集服務器

收集了井下供電設備運行的相關(guān)參數(shù)之后，需要利用通訊服務器來將手機的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行傳遞和處理。通訊服務器中所儲存的數(shù)據(jù)都是經(jīng)過提煉整理的，這樣就極大地減少了信息的冗余度，避免沒有用的信息占用過大的內(nèi)存空間，提高系統(tǒng)的運行的穩(wěn)定性。

4 井下電力監(jiān)測分站各模塊及其功能

4.1 工業(yè)嵌入式通訊服務器

工業(yè)嵌入式通訊服務器是保證井下電力監(jiān)測分站與地面控制中心主機實現(xiàn)良好地數(shù)據(jù)交換的保證。

4.2 監(jiān)測主機

一套計算機系統(tǒng)，采用雙機備用模式，通過 R S485 接口將井下當?shù)?PLC 控制模塊、綜合保護器等數(shù)據(jù)進行采集、處理、傳送，將井下各供電設備的運行狀態(tài)及參數(shù)實時傳送到地面主站，起橋梁的作用。

4.3 信息采集模塊

科技的發(fā)展帶來了數(shù)據(jù)采集儀器的更新。當前各種采集儀器的精度都非常高，可采集現(xiàn)場母線三相電壓、電流、功率等隨時間連續(xù)變化的模擬量，高低壓開關(guān)觸點的合、分閘狀態(tài)屬于數(shù)字量，設置兩個通道，分別通過光電隔離、濾波裝置進行模擬量和數(shù)字量的采集和處理，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，存儲在監(jiān)測分站主機存儲器，并通過地面交換機將信息傳送給地面監(jiān)控主站。

為降低井下供電設備發(fā)生故障的幾率，探究了煤礦井下供電設備監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。通過對煤礦井下供電設備監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，能有效地從地面了解井下各供電設備的運行狀態(tài)，保證井下供電設備的有效運行，降低安全隱患，從而為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠的保障[3]。