煤礦井下電氣系統饋電開關防護系統的研究

雷海蛟

（山西焦煤技師學院， 山西 晉中 032006）

引言

隨著煤礦井下綜采自動化程度的不斷提高，井下供電網絡系統日趨復雜，各類用電設備在啟動或者運行過程中會對電網系統產生極大的電流沖擊，而且電網系統供電分散、線路多、工作環境惡劣，導致供電系統極易出現故障。饋電開關保護系統是電網防護的核心，其當電網出現故障時及時對故障網絡進行隔離，避免故障的進一步擴大，因此饋電開關保護系統的工作穩定性和可靠性，直接決定了電網系統的運行安全性。目前的饋電開關保護系統主要以PLC 控制為核心，以漏電保護、欠壓保護為基礎，反應靈敏性低、穩定性差，給煤礦井下的供電安全，帶來了嚴重的隱患。因此，提出了一種新的井下電氣系統饋電開關防護系統并展開研究，對提升井下的供電安全性具有十分重要的意義。

1 饋電開關防護系統結構

結合井下供電網絡的整體結構及供電安全性需求，本文所提出的饋電開關防護系統主要包括檢測傳感器模塊、獨立供電網絡模塊、信息傳遞模塊、異常判別模塊等，該系統整體結構如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，該系統工作時，位于電網系統上的電壓互感器、電流互感器對供電電壓和電流進行不間斷監測，將數據信息進行匯總后經過信號預處理器進行預處理，然后將其傳遞給保護器控制中心，在控制中心內進行數字量和模擬量信息轉換，對電網運行情況進行判定。當系統出現網絡故障后自動確定故障類型和位置，同時對保護器發出保護指令，控制保護器實現對故障電路的及時保護和隔離。在每次故障發生后，系統自動對故障現象和處理方案進行記錄，能夠不斷豐富故障庫，提升對不同故障判斷的準確性。系統還能夠將故障分析結果傳遞給控制中心，將故障信息顯示在監控終端上，便于操作人員對故障情況進行了解。

圖1 饋電保護系統結構示意圖

2 系統硬件結構設計

由于煤礦井下高濕、高塵、高電磁干擾的環境，對整個饋電保護系統提出了更高的要求，因此為了滿足井下特殊環境下高可靠性的需求，其數據處理器采用了嵌入式的32 位處理器，為了滿足對數據快速分析和處理的要求，在處理器內還設置了4 組獨立的數字量信號轉換模塊，內置轉換模塊的方式能夠有效降低系統設計的復雜性，而且能夠提高轉換模塊的可靠性和數據處理速度，降低能源消耗。

系統采用了多種類型的監測傳感器及數據信息處理元件，其工作電壓需求各不相同，為了提升系統工作的穩定性，在供電電路上設置了穩壓芯片，能夠實現對多種電壓的穩壓，各個硬件端口之間采用了標準的數據通信接口，能夠實現監測信號的穩定傳遞，同時具有了良好的擴展性，能夠滿足系統不斷升級的需求，該饋電保護系統的硬件結構如下頁圖2 所示[2]。

井下電網在工作中受到設備運行時的電流沖擊大，因此電網供電時的電壓和電流存在較大的波動，無法滿足新型饋電保護系統工作穩定性的需求，因此在設置穩壓芯片的基礎上，系統內還設置了專用的穩壓電源，能夠對饋電保護系統的供電電壓進行降壓、整流、濾波、穩壓、再次濾波處理[3]，從而實現為饋電保護系統提供連續穩定電壓的需求，保證系統工作的穩定性和可靠性。

圖2 饋電保護系統硬件結構示意圖

3 饋電保護系統軟件控制

饋電保護系統的軟件控制是系統正常工作的核心，為了實現綜合保護功能，該系統主要包括了溫度采集、運行功率檢測、故障判別、數據通信等多種類別的程序，在運行過程中系統首先對電路進行初始化，并進行有功功率檢測和無功功率檢測，并對系統硬件的狀態進行自檢，確認硬件狀態正常后開始轉入到系統運行監測中，對整個電網的運行狀態進行巡檢，出現故障信號后及時進行故障鎖定和判斷，對故障進行及時處理，確保整個供電網絡的安全性，該饋電保護系統控制邏輯如圖3 所示[4]。

該饋電保護系統應用以來，對井下供電網絡的運行可靠性進行監測，在6 個月的監測時間內，電網出現故障的次數為3 次，比優化前降低了88.9%，每次發生故障后的平均處理時間約為2.4 min，比優化前降低了約90%，同時系統所具備的自我學習能力使饋電保護系統具有了較高的智能化程度，通過不斷地學習提升工作穩定性和安全性，對提升井下供電安全具有十分重要的意義。

圖3 饋電保護系統軟件邏輯示意圖

4 結論

1）饋電開關防護系統主要包括檢測傳感器模塊、獨立供電網絡模塊、信息傳遞模塊、異常判別模塊等，能夠實現故障快速隔離和定位。

2）饋電保護系統不僅有穩壓芯片，還有專用的穩壓電源，能夠對饋電保護系統的供電電壓進行降壓、整流、濾波、穩壓、再次濾波處理，可保證系統工作的穩定性和可靠性。

3）該防護系統能夠將井下電氣故障率降低88.9%以上，將故障處理時間降低90%以上。