煤矿井下变电所高压供电监控系统分析

李方兴

【摘 要】随着互联网时代的到来和煤炭行业的安全局势改善的持续需求，煤矿用设备现代化水平得到不断加强，我国的大部分煤矿已逐步采用功能齐备的煤矿监控系统。在煤矿井下变电所在进行高压供电工作处理方面，涉及过程中的数据测量以及系统运行参数的合理控制，对于故障的及时发现，防止停电等事故的发生有着严格的要求水准，因此对于煤矿井下变电设施及操作行为的实时监控是十分必要的。基于此，本文就针对煤矿井下变电所高压供电监控系统展开分析。

【关键词】煤矿井下；变电所；高压供电；监控系统

一、煤矿井下变电所高压供电监控系统的必要性

现代化的采煤完全依靠现代化机电设备的应用和管理，而矿井井下机电设备的动力主要是电力，因此，随着采煤技术机械化程度的不断提高，供电质量和可靠性的高低直接影响井下生产系统的各个环节，只有完善的供电网络才能保证其高效率的工作。井下电网是一项敷设、维护都比较大的工程，变电所内的各种控制柜、变压器、防爆开关等相对集中，而采区、掘进面、巷道等处的用电设备相对分散，形成了供电电缆的远距离敷设。因用电设备本身故障或在机电设备的移动过程中供电电缆受挤、拉、砸等引起的漏电和短路造成的局部或整体断电的情况经常发生，往往由于不能确切了解故障部位，检修起来比较困难、误时。因为任何时刻的突然断电都会给井下的生产和设备维护带来损失，所以理应避免。实际上避免是不可能的，只能通过快速、准确判定故障区间和故障类型，缩短处理时间，最大限度的减少断电时间。而现实的状况是大部分煤矿井下变电所内无人值班，井上的机电调度室也只有一两部电话而已，井下出现供电问题时，只是靠拨打电话来联系，缺少直观可靠的故障显现和定位设备，容易滞后、延误处理时间，造成不必要的损失。因此，开发一套井下变电所高压供电监控系统实时监测井下电网的各路电流、电压工作状况、真空配电开关的分合状态以及环境温度，在很短的周期内即可把这些参数显示到地面计算机上是很有必要的。

二、煤矿井下高压供电监控系统存在的问题

（一）设备层可靠性差

煤矿井下高压电网主要由井下中央变电所和采区变电所的高压供电设备构成。其中，在采区变电所，作为煤矿供电监控系统的一个重要组成部分，环境恶劣、设备布置分散，且存在瓦斯、煤尘爆炸的危险的环境，因而在井下建立涵盖供电系统的监测、监控，实现无人值班或少人值班有一定的难度。

作为井下高压电网监控系統最为关键的设备层来说，安装在开关设备内的智能测控保护单元的可靠性和通讯性能是系统稳定运行的关键，而目前使用的同类产品基本不能同时具备这两样特性。大部分以90年代技术水平为基础的产品，虽然经多年使用实践，保护性能基本能可靠运行，但由于受硬、软件平台性能限制，在通讯性能上没有大的突破。即使具备通讯功能的部分产品，也仅具有RS485通讯接口，引而不可避免带有很大的局限性，无法满足高压电网监控系统的通讯要求。造成了目前井下高压电网监控系统在采区变电所监控部分形成空白，或即使建设完成，也无法正常运行的状况。

（二）在未结合实际情况，直接移植地面系统结构到井下工况中，适应性差

在目前已建的矿井电力监控系统中，涉及到井下供电监控系统的设计，往往采用照搬地面供电监控系统结构模式。但是，煤矿井下供电系统存在供电线路长、电网谐波复杂、设备分散、工况恶劣等特殊情况。在这种条件下，将地面系统结构直接移植到井下工况中，带来很多问题。特别是因此造成的系统故障率高、维护复杂，导致系统作为形象工程多，实际正常运行的少。

三、煤矿井下变电所高压供电监控系统分析

（一）系统方案的设计

系统一般采取分布式的结构设计方式，由四个部分组成：现场设备的间隔层测控及保护“一体化”的智能装置；井下监控的智能接口电路和网络；主机的监控；工业电视视频的监控系统。采矿区的变电所无人值守的监控系统能够对煤矿井下全部变电所进行实时测控。井下变电所配置的综合自动化装置，能够对变电所里高压配电装置与低压的馈电开关动态测控。综合自动化装置和监控主机经光纤由光电收发器连接，监控主机和煤矿井下变电所综合自动化的装置共同构成测控网络。井上监控主机其作用是数据管理机，主要作用于信息的管理、参数的设置、供电系统的模拟图显示与遥测、遥控以及变电所环境的监视等等。

（二）系统功能

1.保护的功能：电流瞬时和限时速断，过电流、漏电以及电机的保护。

2.报警的功能：系统具有电流越限和断路器失灵以及瓦斯超限报警的功能等等。

3.测控的功能：系统遥信、遥调和遥控以及交流采样遥测。

4.软件的功能：主接线图远程监视，设备运行的数据监控，对综合自动化的装置上传的所有遥测和遥信数据进行动态显示；对设备的运行状态进行监测，通过系统逻辑识别给自动分合闸下达控制指令；远程诊断以及调整保护动作值和时限；对事故、报警、越限实时记录；显示和打印故障波形。

5.其他的功能：事故的录波，对交流采样技术实行采用动态跟踪，省去传统的直流变送器，记录故障的波型，判断故障的类型与故障点，对变电所环境动态遥视。

（三）系统的硬件设计

1.数据的通信网络。井下变电所的综合自动化的装置，主要由一到四个的测控单元构成，CPU之间运用RS一485的现场总线；运用多模光缆进行连接，通信的介质选取16芯和8芯的屏蔽电缆，其传输距离能大于10km，通信的速率也大于9600bps。

2.煤矿井下变电所的综合自动化装置的设计。综合自动化的装置结构主要是由电源、CPU、光电隔离的交流采样和光电的隔离开关量的采样以及运动控制的模块组成。

3.智能接口电路。将其设置在中央变电所，能够接16个光端的接口，从而连接整个煤矿井下变电所的综合自动化的装置。

4.监控主机。放置在队值班市和科调度室的供电指挥场所内，主要用于系统数据的管理、指令的发送、系统接线图的显示、报表的打印、参数的设置、报警的显示、变电所内环境的监视等，因此多用商用的多媒体计算机。

（四）系统软件的设计

1.监控软件。主要采用变电所的监控软件，windowsXP环境。使用SCADA数据采集监控的系统软件进行编制。主要实现：遥控操作、报表生成、事件记录、远程调试等等。

2.视频监控软件。主要是用来控制变电所的远程灯光照明、摄像仪的云台、同时能够在发生事故时及时报警，并自动将其录入现场图像。

四、结语

总之，煤矿井下变电所高压供电监控系统采用现代化的数字自动化技术，利用大型开放式的分布式控制网络系统，代替了传统的煤矿生产模式，建立起集矿山监测，控制，管理于一体的自动化监控运行网络，确保煤矿安全和生产过程的实时的管理与监控，使整个煤矿安全高效生产，这样便可达到使用人工少，运营成本低的目标，将提高煤炭行业的安全生产水平。

参考文献：

[1]满守林.煤矿井下变电所监控系统的安装测试与改进[J].2014.

[2] 杜伟石.我国煤矿并下供电的现状与发展[J].2015.endprint