李偉偉

(西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 太原 030205)

0 引 言

供電系統(tǒng)是完成電能分配、消費、管理的重要組成部分，它的首要任務是保障供電的安全、穩(wěn)定、可靠性[1]。煤礦供電系統(tǒng)的安全可靠直接關乎煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)與職工人身安全[2]。隨著煤礦企業(yè)自動化水平的提升，煤礦企業(yè)的井下設備朝著大功率、變頻化的方向發(fā)展，設備種類與容量都在不斷增加，使得電力設備的使用廣度與深度不斷增大，導致供電系統(tǒng)日趨復雜[3]，系統(tǒng)發(fā)生故障時不能及時有效進行故障診斷。隨著計算機技術、電子技術的快速發(fā)展、煤礦井下供電監(jiān)測技術也進入快速發(fā)展階段，井下供電系統(tǒng)故障監(jiān)測工作得以發(fā)展。

筆者在保證煤礦供電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定的前提下，針對馬蘭礦井下8所供電站供電設備部署情況，基于供電系統(tǒng)可靠性分析原則與方式，設計井下供電監(jiān)測系統(tǒng)的硬件與軟件平臺，解決目前故障監(jiān)測方面存在的問題，提高系統(tǒng)故障監(jiān)測數(shù)字化水平，為煤礦的安全生產(chǎn)奠定必要的基礎。

1 馬蘭礦供電系統(tǒng)可靠性分析

馬蘭礦供電供電方式可總結為充裕性和安全性。煤礦在實際的生產(chǎn)過程中，對井下通風機、提升機、排水設備等一類設備的供電要求大，必須保證其供電的安全、可靠性。而每次供電故障都將對井下設備產(chǎn)生破壞性沖擊，如對設備絕緣性降低、電氣壽命縮短等影響。在供電實際運行中其供電可靠性通常要從發(fā)電、輸電和配電等主要環(huán)節(jié)進行分析，故影響可靠性的因素有：

(1) 自然環(huán)境。自然環(huán)境的影響主要是當發(fā)生如地質(zhì)災害、化學污染、不穩(wěn)定氣候條件等狀態(tài)下，直接對供電線路造成破壞，導致供電中斷，進而影響供電的可靠性。

(2) 網(wǎng)架結構。在對煤礦地面供電電網(wǎng)進行設計時，可采用單電源輻射接線、環(huán)式接線等方式實現(xiàn)供電電網(wǎng)的構建。但是，單電源輻射接線方式故障的影響時間久、范圍廣，無法對負荷進行全面控制；環(huán)式接線方式運行維護難度大、自動化程度低，對供電可靠性影響大。

(3) 設備故障。當發(fā)生雷電、電磁諧振等狀況時，供電電網(wǎng)絡極易產(chǎn)生較高的過電壓，從而導致供電裝置的故障，所以說內(nèi)外過電壓是影響供電可靠性的關鍵因素。

2 煤礦供電監(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1 馬蘭礦井供電系統(tǒng)分布及存在問題

馬蘭礦共有井下變電所8座，分別為：中央變電所、北翼變電所、北三下組煤變電所、南翼變電所、南六變電所、南七變電所、麻家口變電所、南五下組煤變電所。

其中，中央變電所共有4趟電源進線，主要為礦井底及井下南翼變電所、北翼變電所供電；南五下組煤變電所共有2趟電源進線，該變電所主要為礦井下南五下組煤采區(qū)供電；南翼變電所共有2趟電源進線，該變電所主要為礦井下南下組煤采區(qū)供電；麻家口變電所共有2趟電源進線，該變電所主要為礦井下南八采區(qū)供電；南七變電所共有4趟電源進線，該變電所主要為礦井下南七采區(qū)及南六變電所供電；南六變電所共有2趟電源進線，主要為礦井下南六采區(qū)供電；北三下組煤變電所，主要為礦井下北三下組煤采區(qū)供電；北翼變電所共有主要為礦北大巷沿線及北三疏水降壓泵房供電。如表1所列，為馬蘭礦井下8所供電站一次設備安置基本情況，根據(jù)表1所列，將所設計監(jiān)測硬件布置在每臺一次供電設備上，實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)與故障的時時監(jiān)測。

表1 一次供電生產(chǎn)系統(tǒng)基本情況

這8所變電所供電運行總結為兩大方面問題，一方面供電監(jiān)測力度薄弱，每個供電所設備僅能監(jiān)測到基本電壓、電流等電信號，監(jiān)測不到電氣設備運行狀態(tài)信號，難以實現(xiàn)故障的預判；另一方面現(xiàn)存的監(jiān)測系統(tǒng)沒有形成一個整體性監(jiān)測平臺，各站所之間監(jiān)測數(shù)據(jù)與地面監(jiān)測中心數(shù)據(jù)的通訊存在高延遲、監(jiān)測結果高誤差的現(xiàn)狀。根據(jù)馬蘭礦井下供電系統(tǒng)一次供電設備分布位置，此監(jiān)測系統(tǒng)的設計終端在每臺一次設備上按裝監(jiān)測傳感器，確保實現(xiàn)設備監(jiān)測全覆蓋。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)硬件整體結構設計

如圖1所示，此監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路設計組成主要包括：數(shù)據(jù)處理單元、中央控制單元、數(shù)據(jù)存儲單元、通信單元等部分。

圖1 系統(tǒng)硬件整體結構框圖

本系統(tǒng)為應對煤礦供電多故障、數(shù)據(jù)處理量大的需求，中央處理器選用DSP系列TMS320F28335模塊，相比于傳統(tǒng)ARM單片機處理器，它的數(shù)據(jù)處理能力更為強大，數(shù)字化集成度更高，完全滿足實際需求。

2.3 存儲模塊設計

存儲電路采用AT24C256存儲器進行存儲電路設計，如圖2所示，利用4.7 KΩ的上拉電阻提高傳輸速率。將存儲器模塊A0、A1設置成為高電平，VDD與電源相連接即可。

圖2 存儲電路圖

3 供電系統(tǒng)軟件設計

供電監(jiān)測系統(tǒng)分為井上監(jiān)測軟件、井下監(jiān)測軟件、服務軟件、通訊服務軟件。系統(tǒng)利用電器設備參數(shù)庫中的數(shù)據(jù)如變壓器技術參數(shù)、高低壓開關技術參數(shù)、電纜技術參數(shù)、綜采設備技術參數(shù)等部分，從而使得中央控制單元可以對變壓器容量計算、短路電流計算、變壓器電壓損耗計算、設備用電管理與校驗、繼電保護值等數(shù)據(jù)時時計算、處理，實現(xiàn)一次供電系統(tǒng)的監(jiān)測。圖3所示的為供電監(jiān)測系統(tǒng)的后臺配置界面，通過后臺可以反應出整個系統(tǒng)運行的供電參數(shù)、可以選擇網(wǎng)絡通信方式、對運行歷史數(shù)據(jù)進行查看等操作。

圖3 供電監(jiān)測系統(tǒng)的后臺配置界面

該系統(tǒng)通過利用計算機技術、微機技術，通過將安置在各設備上的高精度傳感器所監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸至中央處理器DSP器件，利用DSP處理器對數(shù)據(jù)的高精度、高速度的處理能力，將傳輸回來的數(shù)據(jù)進行分析、邏輯計算等，得出分析結論匯總后利用通訊接口將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)測中心進行進一步分析。該系統(tǒng)的使用解決了馬蘭礦供電監(jiān)測水平的薄弱、數(shù)據(jù)傳輸高誤差、高延遲的弊端，提高了監(jiān)測的自動化水平，對故障實現(xiàn)了預判分析。

4 結 語

首先對馬蘭煤礦供電系統(tǒng)的可靠性進行分析，基于可靠性理論，根據(jù)井下8所變電站供電方式與設備部署情況，設計了一套煤礦井下供電監(jiān)測系統(tǒng)。通過對井下供電監(jiān)測系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)設計及應用，滿足了煤礦整體供電安全監(jiān)測的主要業(yè)務需求，提升了供電的可靠性與信息化水平，對煤礦電網(wǎng)安全的提升具有重要意義。