马兰矿井下供电自动化监测系统设计应用*

李伟伟

(西山煤电股份有限公司马兰矿，山西 太原 030205)

0 引 言

供电系统是完成电能分配、消费、管理的重要组成部分，它的首要任务是保障供电的安全、稳定、可靠性[1]。煤矿供电系统的安全可靠直接关乎煤矿企业的安全生产与职工人身安全[2]。随着煤矿企业自动化水平的提升，煤矿企业的井下设备朝着大功率、变频化的方向发展，设备种类与容量都在不断增加，使得电力设备的使用广度与深度不断增大，导致供电系统日趋复杂[3]，系统发生故障时不能及时有效进行故障诊断。随着计算机技术、电子技术的快速发展、煤矿井下供电监测技术也进入快速发展阶段，井下供电系统故障监测工作得以发展。

笔者在保证煤矿供电系统的安全、可靠、稳定的前提下，针对马兰矿井下8所供电站供电设备部署情况，基于供电系统可靠性分析原则与方式，设计井下供电监测系统的硬件与软件平台，解决目前故障监测方面存在的问题，提高系统故障监测数字化水平，为煤矿的安全生产奠定必要的基础。

1 马兰矿供电系统可靠性分析

马兰矿供电供电方式可总结为充裕性和安全性。煤矿在实际的生产过程中，对井下通风机、提升机、排水设备等一类设备的供电要求大，必须保证其供电的安全、可靠性。而每次供电故障都将对井下设备产生破坏性冲击，如对设备绝缘性降低、电气寿命缩短等影响。在供电实际运行中其供电可靠性通常要从发电、输电和配电等主要环节进行分析，故影响可靠性的因素有：

(1) 自然环境。自然环境的影响主要是当发生如地质灾害、化学污染、不稳定气候条件等状态下，直接对供电线路造成破坏，导致供电中断，进而影响供电的可靠性。

(2) 网架结构。在对煤矿地面供电电网进行设计时，可采用单电源辐射接线、环式接线等方式实现供电电网的构建。但是，单电源辐射接线方式故障的影响时间久、范围广，无法对负荷进行全面控制；环式接线方式运行维护难度大、自动化程度低，对供电可靠性影响大。

(3) 设备故障。当发生雷电、电磁谐振等状况时，供电电网络极易产生较高的过电压，从而导致供电装置的故障，所以说内外过电压是影响供电可靠性的关键因素。

2 煤矿供电监测系统设计

2.1 马兰矿井供电系统分布及存在问题

马兰矿共有井下变电所8座，分别为：中央变电所、北翼变电所、北三下组煤变电所、南翼变电所、南六变电所、南七变电所、麻家口变电所、南五下组煤变电所。

其中，中央变电所共有4趟电源进线，主要为矿井底及井下南翼变电所、北翼变电所供电；南五下组煤变电所共有2趟电源进线，该变电所主要为矿井下南五下组煤采区供电；南翼变电所共有2趟电源进线，该变电所主要为矿井下南下组煤采区供电；麻家口变电所共有2趟电源进线，该变电所主要为矿井下南八采区供电；南七变电所共有4趟电源进线，该变电所主要为矿井下南七采区及南六变电所供电；南六变电所共有2趟电源进线，主要为矿井下南六采区供电；北三下组煤变电所，主要为矿井下北三下组煤采区供电；北翼变电所共有主要为矿北大巷沿线及北三疏水降压泵房供电。如表1所列，为马兰矿井下8所供电站一次设备安置基本情况，根据表1所列，将所设计监测硬件布置在每台一次供电设备上，实现对设备运行状态与故障的时时监测。

表1 一次供电生产系统基本情况

这8所变电所供电运行总结为两大方面问题，一方面供电监测力度薄弱，每个供电所设备仅能监测到基本电压、电流等电信号，监测不到电气设备运行状态信号，难以实现故障的预判；另一方面现存的监测系统没有形成一个整体性监测平台，各站所之间监测数据与地面监测中心数据的通讯存在高延迟、监测结果高误差的现状。根据马兰矿井下供电系统一次供电设备分布位置，此监测系统的设计终端在每台一次设备上按装监测传感器，确保实现设备监测全覆盖。

2.2 监测系统硬件整体结构设计

如图1所示，此监测系统的硬件电路设计组成主要包括：数据处理单元、中央控制单元、数据存储单元、通信单元等部分。

图1 系统硬件整体结构框图

本系统为应对煤矿供电多故障、数据处理量大的需求，中央处理器选用DSP系列TMS320F28335模块，相比于传统ARM单片机处理器，它的数据处理能力更为强大，数字化集成度更高，完全满足实际需求。

2.3 存储模块设计

存储电路采用AT24C256存储器进行存储电路设计，如图2所示，利用4.7 KΩ的上拉电阻提高传输速率。将存储器模块A0、A1设置成为高电平，VDD与电源相连接即可。

图2 存储电路图

3 供电系统软件设计

供电监测系统分为井上监测软件、井下监测软件、服务软件、通讯服务软件。系统利用电器设备参数库中的数据如变压器技术参数、高低压开关技术参数、电缆技术参数、综采设备技术参数等部分，从而使得中央控制单元可以对变压器容量计算、短路电流计算、变压器电压损耗计算、设备用电管理与校验、继电保护值等数据时时计算、处理，实现一次供电系统的监测。图3所示的为供电监测系统的后台配置界面，通过后台可以反应出整个系统运行的供电参数、可以选择网络通信方式、对运行历史数据进行查看等操作。

图3 供电监测系统的后台配置界面

该系统通过利用计算机技术、微机技术，通过将安置在各设备上的高精度传感器所监测的数据传输至中央处理器DSP器件，利用DSP处理器对数据的高精度、高速度的处理能力，将传输回来的数据进行分析、逻辑计算等，得出分析结论汇总后利用通讯接口将数据传输至地面监测中心进行进一步分析。该系统的使用解决了马兰矿供电监测水平的薄弱、数据传输高误差、高延迟的弊端，提高了监测的自动化水平，对故障实现了预判分析。

4 结 语

首先对马兰煤矿供电系统的可靠性进行分析，基于可靠性理论，根据井下8所变电站供电方式与设备部署情况，设计了一套煤矿井下供电监测系统。通过对井下供电监测系统的硬件系统、软件系统设计及应用，满足了煤矿整体供电安全监测的主要业务需求，提升了供电的可靠性与信息化水平，对煤矿电网安全的提升具有重要意义。