煤矿智能供电监控系统的设计

煤矿智能供电监控系统的设计

杨鹏飞

内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司巴彦高勒煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017300

摘要：随着国家经济的快速发展，对能源的消耗不断增大。促进煤矿的发展，在煤矿电力监控系统偏重于监控较多，保护功能不强。而煤矿的供电系统保护功能要求的又较高，煤矿智能供电监控系统将能源管理、设备预警、智能保护功能有机结合到供电监控系统中，是一种能解决煤矿供电系统问题、集保护与预警于一体的综合性智能供电监控系统。

关键词：煤矿智能；供电监控系统；设计

引言

为实现变电所统一集中监测监控，提高煤矿供电系统的自动化程度及安全运转水平，煤矿供电远程监控系统，对该系统的组成、功能、关键设备、通信架构及通信协议进行了阐述。该系统在霍州煤电集团庞庞塔煤矿进行了实践应用，效果理想，达到预期目标。

1煤矿电力系统特点

1)用电设备功率大。煤矿企业的各种大功率设备较多，且负载的功率很大，启动及运行时，供电电流较大。2)冲击负载多。煤矿企业的各种设备启动电流很大，甚至能达到工作额定电流的4～7倍，有些设备不但启动电流很大，而且有很低的滞后功率因数，造成煤矿供电系统电压波动更大。此外，如掘进机、钻机等在掘进过程中，负载变化很大，这种冲击负载在工作过程中剧烈变化，造成冲击电流和冲击电压很大。3)高压开关厂家众多，型号复杂。煤矿企业每上一个新的系统都会有配套的高压开关，系统的厂家不同造成每个系统的高压开关都不相同，且同一系统的高压开关型号、电压等级、保护类型等也不尽相同，这就形成了目前煤矿高压开关厂家众多，型号复杂的情况，造成整定保护困难，经常出现越级跳闸现象。4)现场环境恶劣，布线不规范。煤矿现场高湿，有些环境还存在腐蚀性气体，这就造成供电线路极易老化，短路、断路、接触不良等事故频发。此外，有些煤矿巷道狭窄，人、车、线走同一条巷道，极易发生电缆被撞断等情况。同时，在某些采用炮采工艺的煤矿，有时会发生电缆被炸飞的情况。

2煤矿电力系统问题

1)供电系统不稳定。由于煤矿井下环境潮湿，条件恶劣，巷道狭窄，电气设备的绝缘容易受潮，电缆也可能被脱落的煤块或岩石砸伤，从而容易造成漏电和接地等事故发生。煤矿供电系统采用中性点非有效接地系统，允许带故障运行不超2h，但长时间的接地运行会因接地故障点与大地接触不良形成高阻接地，在接地点会产生弧光放电，造成电压急剧升高，从而引起电能、磁能震荡。其弧光过电压产生4～5倍的额定电压，导致系统电缆中较薄弱的地方击穿放炮，并有可能发生相间短路，造成开关设备的损坏，影响正常生产，给矿井和人身带来严重的危害。同时，由于煤矿用电设备负载大，冲击负载大，造成电压不稳定。2)越级跳闸。发生这种现象的主要原因是现在的开关种类比较多，而各种开关的设计方式，特别是保护元件的保护方式不同，甚至出现相互抵触的现象。因而不同的开关在一起使用时就会出现误动跳闸现象。3)小电流接地选线。小电流接地系统是指中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地方式的电力系统，国内大部分66kV及以下电网都采用这种接地方式，煤矿井下亦是如此。它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在哪一条线路上。对于110kV以下的不接地系统，特别是采用电缆出线而且有出线距离比较长的，当某相邻出线产生接地故障的时候，非故障长线路也会产生大的零序电流，而由于零序保护的无方向性，可能会导致零序保护误动作，所以在继电保护里增加接地选线功能，除了判断零序电流的大小之外还要比较电流方向，从而防止误动作。

3智能供电监控系统设计

针对目前煤矿供电系统存在的问题，本文设计了一款煤矿智能供电监控系统，如图1所示。

图1智能供电监控系统结构

3.1系统硬件组成

系统硬件主要由以下几部分组成:电力监控分站、高压配电装置、低压组合开关、智能保护控制器、防雷器、防爆交换机、工控机、打印机、UPS电源、配件。电力监控分站的作用主要有三部分:采集数据、显示控制、通信传输。具体来说就是:电力监控分站采集高压馈电开关内置的综保信息，在就地的触摸屏上显示出来，然后再接入煤矿网络，上传到地面，接收工控机的控制信号，控制高压馈电开关动作。电力监控分站主要由以下几部分组成:变压器、电源、备用电池、显示屏、键盘、通信管理机、光端机或光电转换模块(至少两光两电)。

3.2智能供电监控系统

智能供电监控系统主要用于煤矿供电系统和运转设备的监测、控制、管理和安全保护等方面，实现供电系统和设备的在线参数监测、远程操作控制、实时事故报警、数据统计分析、运行安全保护、用电计量管理等监控管理功能;提供遥测、遥信、遥调、遥控、遥视、遥播、遥讯、遥试“八遥操控”、事故报警、保护、定位和事故快速解决的手段，具有解决供电系统越级跳闸、电压波动跳闸、漏电接地选线、突发停电事故恢复、负荷控制等电力运行难题的实用方案，系统的高精度计量监测、专业图表分析工具、录波分析工具和智能专家系统，是加强供电管理、减少事故、降低损耗、节约电能、提高运行效率和管理水平的最新现代化工具，运用系统网络远程操作控制和智能程控技术，实现煤矿供电系统和生产设备的全面自动化无人值守智能监控管理。智能电力监控系统建立在1000M冗余工业以太环网、高速专用电力监控现场总线、CAN/ＲS485工业现场总线、无线通信构成的多层分布式煤矿宽带工业网络平台上，配有各种电力监控应用软件，是集监控、显示、保护、控制、采集等多种功能的监控系统，根据需要可在不同网络层接入不同通讯接口的各种监控装置和各种设备、环境监控系统，兼容各种接口设备。同时提供标准数据接口，实现与矿井自动化信息平台无缝连接，为信息平台提供供电数据，实现一体化的全矿井安全生产监控和自动化、信息化系统。系统将供电系统监控、变电所环境监控及IP电话、IP广播、视频等多源异质数据有机融合，实现电力监控、视频、语音、广播联动，建立了一套综合性多媒体数字化电力监控管理系统，监控的内容和范围更宽、更全面，使管理和操控人员在全面的多媒体信息化环境中身临其境般的实现更加可靠的远程管理和操控。智能电力监控系统采用系统控制技术、模糊逻辑控制、神经网络控制技术、专家控制、学习控制、分层递阶智能控制等智能控制理论和技术，将监控从自动化程序控制升级到智能化管理控制，使电力控制和保护从单节点、单设备、单参数独立控制扩展到系统整体相互协作的智能化系统控制，特别适应煤矿电力系统复杂多变的工作条件和环境，能够解决煤矿安全、生产和控制中现存的突发停电问题，监控保护更加合理、全面、可靠、简单，功能更强大。

结语

本文以煤矿电力系统特点和煤矿电力系统问题以及智能供电监控系统设计进行分析。

参考文献

［1］梁怀斌.煤矿智能供电系统操控技术研究[J].中国科技信息，2018（18）：144+159.

［2］王旭波.煤矿井下供电监控系统的设计及应用[D].西安科技大学，2018.