斜沟矿井下供电监控系统设计研究

侯 勇

(西山煤电(集团)有限责任公司安监局，山西 太原 030053)

1 矿井供电系统概况

（1）矿井地面供电系统概况

斜沟矿10kV开闭所的两趟10kV电缆引自魏家滩110kV变电所形成双回路供电。地面2台S9-500kVA变压器将10kV高压变为380V低压向地面负荷供电，井下23台移动变压器为采掘设备提供充足电量。

（2）工作面供电概况

工作面所有负荷由7#联络巷内的移变提供，电源取自13采区1#变电所7607#高开柜，经1250kVA移动变压器变压后向工作面设备供电；移变出线安设KBZ-400分路开关，用于实现风电闭锁与瓦斯电闭锁。局扇电源分别来自13采区1#变电所1-3、2-3风机专用馈开，实现风机双回路供电。见图1。

2 井下供电监控系统的作用

井下供电监控系统起着连接地面与井下的桥梁作用，可以将井下监测的数据实时传送到地面，通过调度中心对井下供电系统的实时数据进行记录，可以实时了解和控制井下各电气设备的运行状态，监视井下电气设备以及供电系统是否正常运行，在发生故障时，能够迅速发现故障位置，诊断故障类型，而且可以及时作出反应，使井下供电系统的管理更加高效，提高整个供电系统的运行管理水平。

图1 工作面供电系统图

3 井下供电监控系统的功能

3.1 监控井下电气设备的三大保护

（1）过流保护。即电气设备在运行时不允许超过额定电流，否则会烧坏设备，超过额定电流时设备自动断电保护。由于井下环境特殊（煤尘、瓦斯等的存在），一旦电气设备和电缆过流时，就有可能引起设备起火爆炸，更严重时会导致瓦斯和煤尘的爆炸。因此对井下供电监控系统要求能够及时发现过流故障，并能够及时切断电源以达到过流保护的目的。

（2）漏电保护。即用电设备绝缘受损时发生短路故障防止人身触电和设备起火的保护，一般漏电保护器都安装在配电箱插座回路与总配电箱电源进线上。因此井下供电监控系统应与漏电保护器相连接，当发生漏电时能及时报警并传输数据给地面指挥中心，并可以及时控制处理漏电。

（3）保护接地。即为了防止有可能带电（电气设备金属外壳）等对人身和设备安全有威胁的接地。保护接地的意思就是在将正常运行时不带电，而在电气设备损坏时（绝缘受损、电气设备带电的金属部分）能够通过导线将电流输送至地面。

3.2 供电监控系统对井下用电设备故障的反应要求

（1）判断性。一旦井下电气设备发生故障，要求监控装置能够及时发现故障部位，检查出故障类型并可以切断故障设备供电，无故障设备正常运行，使停电范围尽量缩小，使损失最小化；

（2）敏捷性。一旦井下电气设备发生故障，监控装置能够迅速反应、诊断、处理故障，切断对故障设备的供电，使故障影响范围尽可能减小，从而减轻对设备的损坏程度，并且要能够保证无故障部位正常运行，尽可能减少停电时间，最大限度减少损失，避免更严重的事故发生；

（3）实时性。可以实时显示设备的运行情况，发生故障时能够及时显示故障的类型以及发生的部位。

4 井下供电监控系统设计

监控系统由地面主站、井下分站和井下数据分站组成。

4.1 地面主站

地面主站是整个监控系统的大脑，是整个监控系统实现发出命令、存储数据、监控系统等功能的最主要部位。地面主站由主机服务站、数据处理器、监控工作站组成。主机服务器分为硬件与软件两部分。通讯服务器、数据服务器、监控工作站构成硬件的主站系统。通讯服务器是三台PC机，可以完成井下与地面监控信息的数据传送、供电线路监视、存储处理部分数据等工作；数据服务器主要功能为储存历史数据，同时数据服务器也兼作web服务器；监控工作站主要功能为监控井下供电设备以及供电线路的运行情况。主机服务站是通过服务器用以太网与井下监控分站相连接（见图2）。系统软件和应用软件组成主站系统软件，是根据井下供电监控系统设计规程设计出一个可以对整个井下供电系统监测、记录、分析、控制的软件。操作系统采用Wndows 7，本数据系统采用mysql数据库。

图2 主机服务站结构图

4.2 井下分站

井下分站是监控系统在电气设备处的直接装置，由高性能的工业嵌入式通讯服务器、后备的工作电源、光纤接续盒、工业光纤以太网交换机等组成。可以使用多种通讯方式。软件内部为实时监控、记录操作系统，并添加了多种外挂式软件模块以进行功能扩充。配有防爆型LED显示器，能够显示井下各电气设备的运行情况。其主要作用是监控井下高压开关，发生故障可以及时通知地面主站，此外还可以记录故障、传输数据、存储数据、实时监控，通过光纤与地面监控中心实现通讯。见图3。

4.3 井下数据分站

井下监控系统起着对井下电气设备监控、控制的功能，井下数据分站是井下供电监控系统的主要组成部分之一，起着实现集中监控、使所有监控装置同步进行、断电时数据能够自动保存、实时监控各种数据操作、交换井下监控装置与地面调度中心指令的数据、实现规约转换等功能，是实现煤矿自动化的关键技术，与井下监控分站起着相辅相成的作用。通讯分站的结构站由防爆外壳、高性能工业通讯服务器、开关电源、不间断后备电源、光纤以太网交换机等构成。见图4。

图3 井下分站监控系统结构图

图4 井下数据分站外形图

5 结语

本文以斜沟矿井下供电系统改造为背景，依据整体设计思路，同时综合考虑井下供电环境等多重因素，设计出由地面监控主站、井下监控分站、通讯分站三部分组成的井下供电监控系统，包括相应的软件，实现对井下电气设备的实时监控与控制。经过现场实践表明，应用该监控系统可以使井下供电系统更加安全、可靠，为矿井带来巨大的经济效益，并为以后的类似矿井供电监控系统改进提供思路。