矿山开采中馈电开关掉电自动报警装置的设计

摘要：本文基于矿山开采中馈电开关掉电自动报警装置的实际需求开发设计了一种结构简单，成本较低、应用灵活的采区变电所语音报警装置，其能够在馈电开关掉电时，及时准确地提醒工作人员快速恢复送电，从而保证矿井采区变电所供电的可靠与安全。

关键词：馈电开关；掉电；自动报警；设计

引言

近年来随着煤炭工业向着高产高效和集约化的生产方向发展，这一趋势大大推动了煤矿电气设备的更新和高新技术的应用。而矿用馈电开关是供电和电气设备安全运行的关键和门户，其适用于含有瓦斯或煤尘等爆炸危险环境的矿井中，是煤矿井下配电系统的关键设备。然而当前我国矿井采区变电所安装的馈电开关较多，局扇等重要负荷掉电时，工作人员不能及时确认是否有开关掉电，并且不能准确地找到掉电开关的具体位置。虽然已有学者提出采用PLC集线一光纤传输一组态软件监控的方式实现井下的馈电开关状态监控，但是，该技术方案具有投入成本巨大，且组态软件必须和实际硬件结合，灵活性差等缺陷，不利于推广应用。因此，开发设计能够自动报警的反馈开关将对矿井下的安全生产具有重要意义。

1.馈电开关掉电自动报警装置设计

1.1装置构成

本文基于矿山开采中馈电开关掉电自动报警装置的实际需求，开发设计了一种结构简单，成本较低、应用灵活的采区变电所语音报警装置，以期能在馈电开关掉电时，及时准确地提醒工作人员快速恢复送电，从而保证矿井采区变电所供电的可靠与安全。该装置共包括8个主要组成部分：单片机、语音功放模块、电源、喇叭、继电器、复位按钮、警灯和多个馈电开关，如图1所示：

1-单片机2-语音功放模块3-电源4-喇叭5-继电器6-复位7-按钮警灯和8-馈电开关

1.2装置工作原理

在本次设计中，整个馈电开关掉电自动报警装置的多个馈电开关通过并联的方式组成8×8的馈电开关阵列分别接入单片机，并通过单片机的信号端输出两路信号：一路进入语音功放模块，经过一系列模电信号的转换后通过喇叭向外输出；另一路经过继电器与警灯相连。通过两路系统的共同作用使得整个系统在发生馈电开关掉电故障时发出报警声音和警示标志。其具体工作过程如下：

（1） 在整个装置进行实际使用前首先需要进行单片机选择，本设计中采用高速、低功耗的STC11F型单片机，并对单片机进行设定，设定其记忆启闭状态为Q1。

（2）通过单片机的P0.0-P0.7端口和Pl.0-Pl.7端口的共16只引脚将所选用的馈电开关组成8×8共64路的动态扫描器，以每秒的采样频率对采区变电所内的馈电开关进行动态扫描，获得馈电开关的实时启闭状态Q2。

（3）由于饋电开关只有两种状态，即合闸与分闸，合闸用“1”表示，分闸用“0”表示，于是有0>0，0>1，l>0，1>1四种使用状态，其中0>0表示分闸保持、0>1表示开关送电、1>0表示开关掉电、1>1表示合闸保持。因此，通过逻辑关系式（Q1^Q2）&Q1进行判断，便可确定反馈开关的启闭状态。

（4）当馈电开关的实时启闭状态Q2与记忆启闭状态Ql不匹配时，则表示馈电开关掉电。此时，STC11F型单片机将掉电的馈电开关的位置信息传送至语音功放模块，语音功放模块采用集单片机和语音电路于一体的WT588D语音芯片，经语音功放模块提高信号功率后，由喇叭播报掉电开关的位置信息。

（5）在语音播放的同时，由STC11F型单片机通过继电器控制警灯闪烁，发出声光警报。

通过上述过程，工作人员便可以根据提示语音找到掉电开关的位置后恢复送电，然后按下语音报警装置的复位按钮使STC11F型单片机1接受复位命令，报警停止。同时，对馈电开关8进行新一轮扫描。

2.馈电开关掉电自动报警装置的优势

本设计经过在实际生产过程中的应用得到了良好的应用效果，出现馈电开关掉电有效监测达到90%以上。而且大大减轻了工作人员的排查故障源的工作量，保证了矿山开采过程中的安全施工和工作效率的提高。

2.1控制过程全自动化

本设计过程中考虑到传统馈电开关掉电监测存在位置定位不清、故障原因不明的现状，采用单片机和喇叭、警灯组成了具有自动报警和故障提示的自动化馈电开关掉电检测装置。通过通过单片机实时扫描的启闭状态可以及时准确的找出馈电开关的掉电位置，工作人员只需根据喇叭和警铃的提示进行相关处理即可。因此，该馈电开关掉电检测更加方便高效，而且有效地保证了采区变电所供电系统的安全正常工作。

2.2投入成本较低

本装置所用的主要设备仅为单片机、语音功放模块、电源、喇叭、继电器、复位按钮、警灯和多个馈电开关，与现有的PLC集线一光纤传输一组态软件监控方式相比具有较好的经济效益。而且本设计所采用的技术为现有常规模电处理技术，使用过程中信息采集和分析处理更加方便高效，不需要增加新的工作人员进行专门的控制和监管，实现了人工费用的节省。因此，本设计具有较低的经济效益。

3.总结

在矿山开采过程中，由于工作环境的恶劣经常会发生馈电开关掉电现象，成为矿山安全和高效运行的主要障碍。然而传统的馈电开关掉电检测方式存在位置难以确定、检修困难等问题，不能满足当前电力系统对实时性数据量和计算要求的不断提高。为此，本文利用单片机、语音功放模块、电源、喇叭、继电器、复位按钮、警灯和多个馈电开关等功能模块设计出一种满足当前矿山开采过程中的馈电开关掉电自动报警装置。该装置具有结构简单、成本较低、应用灵活的特点，能在馈电开关掉电时，及时准确地提醒工作人员快速恢复送电，从而保证矿井采区变电所供电的可靠与安全。

参考文献

[1]王军，马新生.矿井隔爆型真空馈电开关断电报警装置的设计应用[J].科技信息，2013，05：412.

[2]李浩.煤矿井下变电所馈电开关掉闸报警装置[J]. 煤炭技术，2008，06：41-42.

[3]邸世太.井下架线供电电源断电自动报警装置的研究与应用[J]. 商业文化（上半月），2012，05：179.

[4]雷欢.低压馈电系统现场监控单元及其抗干扰设计[D].西安电子科技大学，2012.

[5] 程大鹏.馈电开关掉电自动报警装置及其方法[P]. 安徽：CN102707125A，2012-10-03.

[6]程大鹏.馈电开关掉电自动报警装置[P]. 安徽：CN202770900U，2013-03-06.