煤礦井下供電自動設計系統的實現

秦鵬 云龍

摘要：隨著國民經濟的快速發展，我國的煤礦開采行業面臨新的發展機遇與挑戰，由于煤礦開采長時期進行井下作業，其供電系統對整個行業發展做出了巨大貢獻。隨著科技水平的不斷提高，井下供電系統也有所創新和完善，為煤礦開采提供了安全的運行環境，極大的促進了行業發展。文章主要對煤礦井下供電自動系統進行具體的研究，探討具體的設計思路，望能夠為同行業帶來借鑒與參考。

關鍵詞：煤礦開采；供電自動系統；設計思路；數據模型

1煤礦井下供電自動系統設計的重要性

伴隨著科技的日益發展，煤礦開采行業對井下供電系統提出了更高的要求，實現井下供電自動化有著重要意義，主要表現在如下幾個方面：第一，提高了井下供電質量。井下供電自動系統設計，主要是針對井下作業時，由于受到惡劣環境的影響而出現電路中斷這一現象，充分利用交換機的功能特性，為井下供電提供不間斷電源，這種供電設計明顯的提高了井下供電質量，為井下作業的供電運行提供了穩定的基礎。第二，保證了施工人員井下作業安全。對于煤礦開采行業而言，電力是其實現生產的主要因素，只有安全可靠的電力供應，才能實現煤礦開采的安全生產。然而，近幾年來因供電中斷而發生的重大事故也時有發生，比如說水泵停開出現淹井、設備停用發生瓦斯爆炸等，而供電自動系統設計有效的解決了供電中斷問題，保證了井下作業的施工人員安全。第三，增加了企業的經濟效益。良好的供電系統在保障了人員安全的同時，也為煤礦開采企業帶來了更多的經濟效益。

2系統總體設計

煤礦井下供電自動設計系統包括自動計算電纜長度、自動生成供電系統圖、自動計算供電參數和自動生成供電設計報告4個功能模塊。（1）自動計算電纜長度。在供電設備布置圖中，根據電纜實體與機電設備實體間的空間拓撲關系，判斷機電設備實體在巷道底板、回采工作面或掘進工作面底板三維空間坐標、電纜實體連接的機電設備數量、電纜實體中問點數量及中問點坐標，計算機電設備實體間電纜長度，以電纜實體的基本特征信息顯示在供電系統圖中。（2）自動生成供電系統圖。根據供電設備布置圖中電纜實體與機電設備實體空間關系，自動生成供電系統圖，快捷地繪制出供電系統圖，修改設備布置圖同時能完成供電系統圖的修改，實現供電設備布置圖與供電系統圖的關聯。（3）供電設備電氣參數計算。通過對供電參數數學計算模型的封裝，系統自動完成負荷統計計算、長時載流計算、電壓損失計算、短路電流計算、整定保護計算等。當系統的設備參數發生變化時，通過更新當前圖形數據，系統能及時設置改變后的參數數據并自動完成相關參數的重新計算。（4）自動生成供電系統設計報告。供電系統設計報告是設計人員備份供電系統設計過程、校驗設計步驟的有效依據，是依托word可視化的集成環境、強大的編輯功能、內嵌的COM接口，定制供電系統設計報告模板，通過程序識別模板中Word的Application對象，動態地把供電設計中詳細計算過程和計算結果自動填寫到報告模板中，快速形成供電設計報告。

3供電自動系統的數據組織模型

3.1幾何網絡拓撲結構模型

在煤礦井下供電自動設計中，將供電設備實體抽象成點，而將電纜實體抽象為線條，由于點、線是不具備面積的，同時點還不具有長度數值，這樣便于對空間拓撲關系的確定。幾何網絡拓撲結構模型的運用，實現了結點-弧線的數據組織，如果存在結點信息時，可以通過計算求得相應的派生弧段信息，與之相同，如果存在某些弧段信息，也可對相應的派生結點信息進行求解。

3.2幾何網絡矢量數據模型

矢量數據模型與拓撲結構模型具有很多的共性，是拓撲模型的特殊形式，主要也是通過建立結點-弧線數據組織模型，處理弧段與結點之間的對應關系。針對井下供電自動系統的設計需要，將機電設備描述為點，電纜實體描述為線，通過幾何解析，確立空間關系。

3.3電纜長度計算模型

電纜長度計算是基于拓撲結構模型構建的基礎上進行的，首先通過結點處高程值的判斷，從而確定機電設備的具體空間位置，為下一步的電纜長度計算提供可靠的坐標依據。對機電設備的三維空間坐標判斷之后，包括設備實體在回采工作面、巷道底板、掘進工作面底板等幾處的坐標情況，可根據空間拓撲關系和起始結點的坐標點進行計算，電纜的起始結點坐標表示為（xs，ys，zs），末結點的坐標表示為（xs，ys，zs），該種計算方式主要是先計算分段電纜長度，然后將所有計算結果進行相加，最終得到電纜的總長度。

3.4供電設備參數統計模型

由于供電系統中設備與電纜不具有線性關系，因此難以通過具體的公式進行計算，基于此，可以通過結點-弧線數據組織模型，將機電設備與電纜實體之間的邏輯關系表達出來，為供電設備參數的確定提供依據。供電設備參數統計模型，主要是將供電網絡描述為樹狀結構，供電網絡的起始結點是樹狀結構的結點，并以這兩結點為開始，依次對供電網絡進行遍歷計算。

4煤礦井下供電自動設計系統的未來發展趨勢

煤礦的供電自動化系統可以算得上是煤礦的重要子系統之一，近些年來也得到了高速發展，在全國的煤炭行業中也相繼得到了廣泛重視及其應用?？v觀所有工程中的供電自動化系統，它們無一不運用了變電所一級的用電設備與開關，而且伴隨著信息化技術的不斷進步，煤礦井中的供電自動化系統被逐一運用到大多數的供電系統中。另外，因為現在的很多用電設備都受到了技術上，成本上和環境等因素的影響，都并不具備有局扇開關，高低壓開關等功能，基于此，未來的煤礦自動化供電系統需要依賴更多的設備廠家生產出更多智能化具有通信功能的用電設備。

5結束語

綜上所述，在科技快速發展的新時期，煤礦井下供電自動系統設計技術不斷的推陳出現，隨著計算機技術的不斷進步，該系統不僅實現了電纜長度、供電設備參數的自動計算，同時可自動生成供電系統圖及設計報告，為井下供電提供了安全的運行保障，進一步促進了煤礦開采行業的發展。

參考文獻：

[1]曹公界.煤礦井下供電自動設計系統的實現.中國戰略新興產業，2018.32.0100.

[2]付勇.煤礦井下供電自動設計系統的設計與實現.內蒙古煤炭經濟，2016.07.13-14.

（作者單位：臨沂礦業集團有限責任公司）