煤矿馈电不一致研究

郝东波

（天地（常州）自动化股份有限公司，江苏 常州 213015）

馈电不一致可分为两种情况，第一种是系统发出断电命令后，馈电状态与断电命令不一致。此种情况发生后，表明现场该断电时却未断电。第二种是系统发出复电命令后，馈电状态与断电命令不一致。此种情况发生后，表明现场希望送电，但未送上电。

井下应该断电，但应该断电的区域未断电，可能会造成瓦斯爆炸等，因此第一种馈电不一致是需要重点治理的。而第二种馈电不一致并不会对安全有任何不利影响，只是可能影响煤矿当班的产能。本次研究只针对第一种馈电不一致的问题[1-4]。

1 馈电不一致问题总体分析

井下供电设备种类比较多，有高压开关设备、高爆开关、高压馈电开关等，以下统称高压开关设备。一个完整的断电过程，有断电触发设备、分站、交换机、断电器、高压开关设备等相互关联而成。其中，断电触发设备一般是甲烷传感器、机电设备开停传感器、风筒传感器。本地断电和异地断电断电关系图如图1、图2。

图1 本地断电断电关系图

图2 异地断电断电关系图

在正常情况下，本地断电或者异地断电，断电器接收到分站的断电命令后，断电器内部继电器动作。此时断电器触点与高压开关设备信号输入口组成的回路状态发生变化，高压开关设备接收到断电信号，执行断电。断电和馈电整个过程涉及到的环节有：断电触发设备到分站、分站到分站、分站到断电器、断电器到高压开关设备、高压开关设备到馈电传感器。这些环节，每一个都可能出现问题。当馈电不一致发生时，需要研究各个环节的状况，才能进行详细的分析。

2 馈电不一致问题研究

通过走访三十余对矿井，共收集5760 条馈电不一致。对这些数据进行分析，并到井下踏勘现场，总结出馈电不一致产生的原因。原因可分为以下四类：（1）断电或馈电的数据丢失；（2）断电器或馈电传感器故障；（3）高压开关设备故障；（4）上位机软件配置不正确。统计结果如下：数据丢失共4528 次，约占统计的78.6%；断电器或馈电传感器出现故障共1160 次，约占统计的20.1%；高压开关设备出现问题43 次，约占统计的0.75%；系统软件上配置不正确29 次，约占统计的0.55%。

2.1 数据丢失

在所有的馈电不一致产生的原因中，数据丢失占大部分。数据丢失的产生主要是下面几个原因：

（1）线路状况不好。很多矿都有如下现象：接线盒、分站上接线端子未压紧，用力拉其中一个接头，容易拉脱；不同线径的电缆随意使用，特别是在掘进工作面这种经常需要延线的地方，掘进头范围100 m 内用电话线代替监控专用线缆；电缆老化严重，电缆外皮已发黑，甚至铜芯有铜绿；线缆未断，但被刮蹭、拉长，这种情况比较多见于采用胶轮车运行的矿井；另外北方一些矿井，在秋天气温变化较大时，接线盒中出现凝露现象，造成信号时常短暂中断等。

（2）现场干扰严重。相比较线路状况较差通过肉眼可分辨，电磁干扰比较难以判断，需要反复对比观察、分析。电磁干扰严重的区域是机电设备、高压电缆比较多的区域，特别是设备启停的时候。现象通常有：有些煤矿在不生产时，分站或传感器运行正常，但在皮带开启或采煤机启动时，分站或传感器不通；在绞车沿线，发送打点信号时，分站或传感器不通；掘进面的传感器，在掘进机开启的时候，信号发生中断等。

（3）分站丢数据。分站丢数据比较随机，需要与其他的传感器横向对比分析才能做出判断。现象通常出现为：当同一位置、同一线路上其他传感器工作正常，馈电传感器几乎一直稳定正常，但却偶尔出现一次断电后十几秒甚至数十秒馈电还显示有电，或者是断电从无电到有电，但馈电几秒后才复电；瓦斯超限后比较长的时间，断电器才断电，造成馈电不一致。图3 为开关量测点发生的馈电不一致。本次馈电不一致风机开停传感器停时，断电在1 s 内已发生，但馈电20 s 后才显示无电，馈电变化滞后严重。

图3 分站丢数据1

图4 为模拟量传感器发生的馈电不一致。此图中，甲烷传感器还未到达断电值时断电器就断电了，并且曲线在上升时出现了一段水平线，比较明显是分站上传的甲烷传感器值丢失了一个数据。

图4 分站丢数据2

2.2 断电器或馈电传感器异常

断电器或馈电传感器异常是指设备本身出现的问题，异常主要有以下几个方面：

（1）断电器或馈电传感器损坏。断电器损坏时，当甲烷传感器或机电设备开停传感器、风筒传感器发出断电命令时，断电器不能执行断电命令，造成的馈电不一致；当馈电传感器损坏时，断电器已经断电，但分站无法获得馈电传感器的状态，造成馈电不一致。断电器或馈电传感器损坏时，不正常状态会一直持续，这种情况比较容易判断。

（2）断电器或馈电传感器工作异常。这部分主要是断电器或馈电传感器本身工作不稳定，不正常的状态出现后又能够自动恢复。工作异常出现的现象通常有以下四种：一是断电器接收到分站命令，断电器上断电信号灯已有断电指示，但不执行断电；二是馈电传感器指示灯正常，但不能正常输出信号；三是馈电传感器检测过于灵敏或不灵敏，在高压开关设备断电或送电时馈电信号频繁跳动；四是馈电传感器受电磁干扰影响大，在有电或无电的时候频繁跳动。如图5 所示，馈电传感器在高压开关设备有电时，信号频繁跳动。

图5 馈电不稳定

（3）断电器执行机构出现问题。具体现象如下：当断电器无法断电时，到断电器处查看断电指示灯，确认断电器已接收到断电信号；将断电器从高压开关设备上取下，过一段时间，可听到断电器继电器动作的声音；重新接通断电器，再次给断电器发送断电信号，此时断电器又可正常断电。出现这种问题可能原因：一是由于断电器在磁场中长时间工作，继电器可能存在被磁化的风险；二是继电器触点长时间处于一个位置，与接触的铁片产生了粘连。

2.3 高压开关设备问题

高压开关设备是安全监控系统断电的目标设备，经过现场观察，高压开关设备存在的问题如下：

（1）高压开关设备设置了延时断电。现有高压开关设备都可以在设备界面上手动设置延时断电时间，由于《煤炭安全监控系统通用技术要求》（AQ 6201-2019）对系统断电时间有要求，煤矿为了使断电符合要求，一般都将断电延时时间设置为0。但现场在更换高压开关设备时，有时忘记设置断电延时时间，因此出现馈电不一致。

（2）高压开关设备存在坏的问题，如内部线路接触不良、保险烧坏、保护器不能正常工作、开关漏电、整流二极管出现问题、机械部分磨损严重等。

2.4 上位机软件问题

上位机软件问题，一种是软件本身的问题，在传感器信号、断电器信号和馈电信号都正常的情况下，上位机软件中却出现馈电不一致。这种情况软件存在BUG，需要完善软件。另一种是上位机软件配置错误的问题。由于监控值班人员一般是地面工种，很多对井下并不熟悉，出现了设置的断电器和馈电传感器不匹配的问题，造成上位机显示的反馈异常。

3 结语

通过对现场馈电不一致问题的研究分析，得出了馈电不一致发生的原因，并且分类总结了每一种馈电不一致发生的比例。本研究为煤矿技术人员查找问题提供参考，缩短处理问题的时间，对煤矿的安全生产有着积极的作用。另外，本研究也可以给安全监控系统生产厂家的研发人员提供一些思路，做到系统自动判断断电器已经被磁化，自动消磁；当上位机馈电和断电不匹配时，系统是否能够自动诊断等，从而进一步提升安全监控系统的可靠性。