地下采矿配电系统信息化智能化应用初探

白光辉， 徐秀祥

(1.中国恩菲工程技术有限公司 电气及自动化事业部， 北京 100038；2.铜陵有色金属集团 冬瓜山铜矿， 安徽 铜陵 244000)

地下采矿配电系统信息化智能化应用初探

白光辉1， 徐秀祥2

(1.中国恩菲工程技术有限公司 电气及自动化事业部， 北京 100038；2.铜陵有色金属集团 冬瓜山铜矿， 安徽 铜陵 244000)

随着采矿技术的发展，对地下采矿配电系统提出了更高的需求。本文根据国内其它行业配电系统控制水平，对实现地下采矿配电系统信息化智能化进行初步探讨。

地下采矿配电系统； 信息化； 智能化； 融合系统

1 国内配电系统信息化概述

随着人民生活水平和生产水平的不断提高，对电力的依赖程度也在同步增长，这对电力系统安全性与稳定性提出了更高的要求。目前国内各大型发电企业、输配电企业、用电企业配电系统的信息化智能化水平已经达到了较高水平。在我国高压配电系统一般采用SCADA系统，实现了“遥调、遥讯、遥测、遥控”四遥功能。低压配电系统作为电能最终送到主要用电末端电控设备，也实现了低压配电系统信息化智能化。相应的配电系统监测、调度、管理软件也得到长足的发展。

2 目前国内地下采矿配电系统现状、架构、特点、需求

2.1 目前国内地下采矿配电系统现状

2.1.1地下采矿配电系统电压等级

在我国地下采矿配电系统中，高压电压等级一般为6 kV或10 kV，主要用于配电和高压电动机供电；低压为380 V或660 V，主要用于低压电动机和配电；220 V一般作为控制电源。110 V(127 V)一般用于照明电源。

2.1.2地下采矿高压配电系统现状

目前，国内地下采矿高压配电系统中的开关柜普遍采用微机综合保护器。微机综合保护器除了完成高压回路的各种测量、保护和事故记录外，还可以提供各种通讯协议接口。常用的通讯协议接口为Modbus。根据用户需求，厂家还可以提供其它多种通讯协议接口。微机综合保护器是目前高压柜普遍采用的智能保护终端设备。通过微机综合保护器，少数大型矿山实现了地表对高压配电系统的全面监测；一些矿山在高压配电室实现了就地集中监视；而大多数矿山仅靠开关柜本体安装的微机综合保护器实现分散监视。

2.1.3地下采矿低压配电系统现状

低压配电系统一般采用常规的断路器、接触器、热继电器、熔断器、控制继电器、各种主令电器、互感器及各种电工仪表(电流表、电压表、功率表、电能表等)等分立元件组成的低压开关控制柜来实现配电、控制、保护、监视等功能。金属矿山行业低压配电系统在信息化智能化总体水平远落后于电力行业和建筑行业。

2.2 地下采矿生产配电系统的构架

在我国地下采矿配电系统中，通常把高压引至地下主要用电负荷中心的中央变配电所。然后，根据负荷需求从中央变电所把高压电源放射到其它中段采区变电所，经过变压器、低压柜提供低压电源。

地下各个中段根据负荷需求情况决定是否设置采矿变电所，在大型矿山的一个中段有时分布着多个变电所。地下采矿变电所都分散布置，目的就是使得变电所靠近用电负载。

各个变电所之间电缆一般要经过水平巷道、竖井、天井、风井等线路进行敷设，线路长度为几百米到几公里不等。为保证可靠供电，下井主电源一般采用双回路供电。

2.3 地下采矿生产配电系统的运行特点

各个中段采区变电所一般均独立运行。虽然在采区变电所设有电话，但采区变电所目前普遍采用无人值守运行模式，所以要实现采区变电所之间送电、断电、查找跳闸原因等，一般需要人员从一个采区变电所到另外一个中段采区变电所，路途花费几十分钟到一两个小时都属正常。

目前国内少有变电所之间、变电所与地表集中调度室之间建立信息化智能化系统，更少有远程遥控低压配电回路的应用。

2.4 地下采矿生产对配电系统的需求

地下采矿生产对配电系统安全性、可靠性具有很高的需求。安全可靠的电力系统是采矿安全连续生产的基础和保障。除此之外，随着国际矿业市场竞争日趋激烈，节能降耗受到广泛重视。

因此，地下采矿配电系统实现信息化智能化，在保证安全和可靠供电的前提下，实现对配电系统的全面监测、远程遥控、提前预警、杜绝电气火灾、精确保护设备、快速处理事故、用电量全面实现自动计量、降低能耗，是目前矿山生产的迫切需要。

3 地下采矿高压配电系统信息化智能化初探

3.1实现地下采矿高压配电系统信息化智能化的基础

从前面对地下采矿高压配电系统叙述可以看出，目前国内地下采矿所使用的高压开关柜普遍配置微机综合保护器，而微机综合保护器本身就是高压柜智能保护终端，且可以提供多种标准通讯接口，具备实现高压配电信息化智能化的基础。

3.2实现地下采矿高压配电系统信息化智能化的方法

实现地下采矿高压配电系统的信息化智能化可以采用以下几种方法：

(1)采用微机综合保护器厂家配套的通讯设备和配套软件，构建独立的高压配电信息化智能化系统；

(2)采用第三方监控软件，通过微机综合保护器提供的标准通讯接口，构建独立的高压配电信息化智能化系统；

(3)采用工业控制器具备的通讯功能，直接与微机综合保护器进行通讯，构建控制系统与高压配电信息化智能化的融合系统。

上面前两种方法普遍被采用，但本文更推荐采用第三种方法。首先，可以减少自动化系统数量；其次可以在控制系统中，实现高压电动机多级保护值和报警值。

4 地下采矿低压配电系统信息化智能化初探

4.1实现地下采矿低压配电系统信息化智能化的基础

作为把电能最终送到各个用电装置或设备末端的低压配电系统和低压电器，其信息化智能化早就受到极大的重视。拥有各种品种、功能、型号、规格的低压电器及相应的配套软件。例如：三相和单相多功能电力仪表、电动机保护器、智能开关、电气火灾监控仪、智能以太网I/O模块和适配器、远程智能I/O模块、通讯适配器、通讯协议转化模块、短消息通知模块、配电智能监控系统等等。这些为构建低压配电系统信息化智能化提供了坚实的基础。

4.2实现地下采矿低压配电系统信息化智能化的方法

实现地下采矿低压配电系统的信息化智能化有许多种方法，最简单和常用的方法就是采用标准的智能低压电器构建信息化智能化低压配电系统。但采用这种方法构建的配电系统价格较高，电器元器件规格种类较多，技术要求较高，因此应用范围往往受到限制。在实际应用中，一般仅针对低压配电系统中的重要的回路才采用信息化智能化设计，没有做到全面实现低压配电系统信息化智能化。

4.3实现地下采矿低压配电系统信息化智能化的新思路探讨

地下采矿生产对低压配电系统的要求与电力行业和建筑行业存在较大的不同，采用常规方法构建的信息化智能化低压配电系统不仅价格高，同时在应用中也存在不足。因此，有必要寻找一种新的方法。

在地下采矿配电系统中存在着大量的电动机回路，且这些电动机往往需要相互连锁控制。而常规智能配电系统不具备连锁启动功能，还需要另外配置控制器。而目前的控制器除了具备强大控制功能外，还具备丰富的通讯功能。所以，笔者认为采用通用控制器直接与智能低压电器构建的信息化智能化低压配电系统，不仅性价比高，而且还可以更好适应地下采矿生产的需求。

5 实现地下采矿配电系统信息化智能化可以获得的主要效益

5.1 实现地下采矿生产电能全面管控

目前，在国内地下采矿生产中，能源管控还处于很粗放的水平。电力是地下采矿生产的主要能源，通风系统、压风系统和供排水系统也是电力能源一种转换形式。因此，实现了地下配电系统全面信息化智能化，即可实现对地下采矿主要能耗的全面监测监控。

实现了地下配电系统全面信息化智能化，到达对每一条低压配电回路实现全面监控和计量，在实现对地下采矿生产单位电能精确计量节能降耗的同时，也可以采用同样办法，对全矿用电实现合理调度，实现削峰填谷，避免出现超过申请用电额度情况，节省电费。

5.2实现地下采矿配电系统安全监视、杜绝电气火灾

公安部在2007年火灾统计中，电气引发火灾占50%，而美国仅占10%。地下采矿生产发生火灾时，不仅仅会造成财产的损失，同时对地下人员的生命存在巨大的安全隐患！

智能化配电系统可以检测到每一台电动机和配电回路，通过信息化手段及时发出预报警和报警，可以采取人工检查、远程断电、自动切除等多种方法，切除故障回路以及相邻的回路的供电。把火灾消灭在初期，防止火灾的发生。

实现配电系统信息化以后，利用监控软件可以积累大量电力运行数据，这些监视数据可以自动生产多种等级的报警值，确保准确和及时发现配电系统和工艺设备的异常情况。

5.3实现配电系统远程送电和断电操作、事故分析数据化、快速排除故障

信息化智能化配电系统可以实现地下配电系统远程送电和断电操作，可以确保地下采矿生产供电的连续性和稳定性。可以有效解决地下配电系统分散、人工操作费时费力问题。对高海拔矿山和目前的深井开采十分适用。同时，利用地下的综合无线网络，电气技术人员可以在有WIFI的区域，使用移动手持终端进行远程操作、故障查找等操作，扩大了操作区域，使得地下供电系统维护更加灵活方便。

另外，配电系统的全部运行状态均可以得到监控，故障点自动报警，并提供故障瞬间和故障状态的相关记录，实现快速排除故障，保证采矿生产的连续性。

5.4实现对矿井提升、运输、通风、排水等系统及设备智能集中化监控

在地下采矿生产中，矿井提升、轨道运输、巷道通风、地下排水、破碎系统等主要系统，通过信息化智能化配电系统均可以得到集中监控，这些系统不再需要建设其它监测监控系统。这样在实现全面集中监控的同时，也简化了地下的自动化系统，减少了维护工作量，降低了运营成本。

5.5 提高了目前电动机控制和保护水平

目前，在矿山行业中普遍依靠配电系统对一般电动机进行保护，控制系统对电动机仅做到启停控制。而配电系统对电动机保护均为极限保护，再加上电动机保护设备整定值一般均偏大，电动机损坏情况比较普遍。

本文提出的信息化智能化配电系统，做到控制系统和配电系统相互融合，这样控制系统在控制策略中，利用采集到的电动机数据，实现对电动机精确保护和提前预警保护。另外，对工艺设备普遍存在的“大马拉小车”的情况，对工艺设备也可以实现保护。

控制系统利用采集到的电动机数据，经过能源管控软件可以建立电动机和工艺设备“电流健康曲线”，实现对电动机极限保护前的电动机和设备保护全面监视，实现提前预警、精确保护、全面减少电动机和设备损坏情况。

5.6 为矿山ERP电气设备管理提供基础支持

配电系统的信息化可以为配电系统、电气设备管理提供了大量基础数据，实现设备更换、备件储存数据化。降低电气设备备件成本。

另外，配电系统的信息化还可以提供工艺设备准确的电度消耗和运行累计时间。根据这些数据可以有计划安排维护工作和人员，使得维护工作常态化，达到维护工人天天有活干，减少直至消除抢修维护，从而减少维护人员。

6 结束语

地下采矿配电系统的信息化智能化是实现信息化和智能化矿山的一个重要组成部分。无论是目前矿山的技术发展需求，还是配电系统的技术基础，都具备了实现地下采矿配电系统信息化智能化的条件。在提高配电和控制水平的同时，充分利用配电系统信息化提供的数据，在能源管控、设备维护、备品备件等诸多方面，充分挖掘信息化存在的潜能，获得更大的经济效益。

地下配电系统信息化智能化，必将给采矿生产带来安全、高效、低耗、少人等诸多经济效益和提供坚实的技术支持和保障。

PreliminaryStudyontheApplicationofInformativeandIntelligentPowerDistributionSysteminUndergroundMining

BAI Guang-hui1， XU Xiu-xiang2
(1.Electrical and Automation Department, China ENFI Engineering Corporation, Beijing 100038, China；2.Dongguashan Copper Mine, Tongling Nonferrous Metal Group Holding Co., Ltd. Tongling 244000, China)

With the development of mining technology, it puts forward higher demand for the underground mining power distribution system. According to the level of control system in other industry, this paper carries on a preliminary discussion on the realization of the underground mining informative and intelligent power distribution system.

underground mining power distribution system； information technology； intelligence technology； fusion system

2014-09-15

白光辉(1963-)，男，北京市人，教授级高工，大学本科，主要从事有色金属矿山自动化控制工作，现任中国恩菲公司电气主任工程师。

徐秀祥(1968-)，男，安徽铜陵人，电气工程师，大学本科，主要从事有色金属矿山自动化控制工作，现任铜陵有色冬瓜山铜矿机动部长。

TD5

B

1003-8884(2014)06-0001-04