矿井供电网络自动监测控制系统设计

王 振

（霍州煤电集团洪洞亿隆煤业有限责任公司， 山西 临汾 031600）

引言

随着煤炭生产企业对煤矿综采效率和自动化要求的不断提升，各类自动化程度高的机械设备不断地投入应用，对井下供电系统工作时的稳定性、供电安全性提出了更高的要求，煤矿井下供电线路多、分布广，缺乏统一的控制与保护手段，一旦某个区域出现短路故障时将导致大范围的停电事故，给煤矿井下的综采作业安全带来严重的隐患。为了有效提升矿井供电系统的供电稳定性，提出了一种供电网络自动监测控制系统。在该系统井下监控单元部分的设计中，采用了以工业以太网构架为核心的供电方式，并坚持集中管理与控制相结合的原则，将传输数据信息的系统与自动检测控制系统一起控制，可实现对供电网络各个分支运行情况的实时自动监控，出现故障时自动对该区域进行断电保护，快速锁定故障源及故障原因，不仅可极大地提升供电网络监控的自动化程度，而且可极大地提升井下供电系统的工作可靠性和稳定性。

1 供电网络自动监控系统整体结构

某煤矿井下供电网络自动监控系统整体结构如图1所示，包括了井下监控单元、数据通信单元以及地面监控中心三个部分。

由图1可知，该煤矿井下供电网络监测系统以工业以太网络为控制核心，井下监控单元是最基础的部分，据此即时监测到每个网络分支的实际运转状况，并将监测到的数据进行系统化的处理和解析，对供电的稳定性和安全性进行分析，然后将监测结果和数据通过数据通信单元传输到地面上的监控中心，监控单元主要包括各类电量传感器、测量保护装置、综合保护装置等，当电路出现故障时，能够对故障电路进行保护，并能够执行监控中心所发出的控制指令。该通信单元以工业以太网为核心，将各个监控分站顺序串联起来，通信单元和各个监控分站之间以RS485通信协议为接口进行连接，最终集中到地面监控中心内[1-2]。

地面监控中心是该供电网络自动监控系统的控制终端，以实现监控人员对煤矿井下供电系统的供电情况进行监测，而且控制人员可以下达各类控制指令，对井下供电网络的运行情况进行调整，确保供电系统的稳定性和可靠性。

图1 煤矿井下供电网络监测系统结构

2 井下监控分站结构

监控分站是煤矿井下供电网络监控的核心，直接关系到对各供电网络监控结果的准确性，同时还需要满足防爆的安全要求。本研究所提出的监控分站，将通讯接口的对接方式实现专业化，并将数据传输电控系统中的数据传输速度进行升级加速，据此可以便捷地将各类样式的借口单元接入，满足数据转换和通讯的需求，该监控分站上还配备有大尺寸的数显系统，能够将该监控分站范围内的监控结果实时显示在显示屏幕上，便于井下维护和故障处理时的操作，该监控分站的基本结构如下页图2所示。

图2 煤矿井下监控分站基本结构

该监控分站内有数据通信模块、综合保护开关、防爆外壳、以太网数据交换系统、不终止电源等，主要用于控制各传感器对该区域内供电状态的采集，完成与地面控制中心的数据通信，并执行控制中心发送的调控指令。

3 井下供电网络监控系统控制原理

煤矿井下供电网络监控系统的稳定运行离不开简洁、高效的逻辑控制模块，煤矿井下供电网络的安全运行主要依赖于监控分站能够提前识别供电网络中的异常运行信号并进行调整，同时还依赖于发生故障后监控分站能够及时控制故障波及的范围，减小故障的发生范围甚至不出现故障，从而使得供电过程更加安全[3-4]。根据煤矿井下实际需求，提出了一种优化后的数据通信逻辑，该通信逻辑能够检查到后台的各项设备参数，能够识别并监查到故障，实现数据通信，进而使得人机界面更加友好，实现对控制区域内监控系统的全面控制，其控制逻辑如图3所示。

图3 煤矿井下供电网络自动监控系统控制原理

4 结论

1）该煤矿井下供电网络监测系统以工业以太网络为控制核心，采用RS485数据通信协议和标准通信接口模块，能够实现对数据传输的快速性、安全性，同时能够满足多种类别监控设备的数据通信需求。

2）监控分站主要用于控制各传感器对该区域内的供电状态进行采集，完成与地面控制中心的数据通信，并执行控制中心发送的调控指令，能够满足井下恶劣环境下的工作稳定性和可靠性。

3）该供电监控系统，控制逻辑简洁、高效，能够快速处理供电网络异常，将故障范围维持在最小的范围内，最大限度地满足井下供电安全的需求。