煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)測控制系統(tǒng)研究

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摘要:煤礦井下供電系統(tǒng)作為井下各類用電設(shè)備工作的動力源，其工作時的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井下綜采作業(yè)的安全。隨著各類自動化設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備的大量投入使用，井下機械設(shè)備在運行過程中對電網(wǎng)的沖擊效應(yīng)也越加明顯，給供電網(wǎng)絡(luò)的安全運行造成了較大的隱患。為了有效提升礦井供電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，提出了一種新的煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)為基本架構(gòu)，將監(jiān)控、調(diào)節(jié)、通信等進行統(tǒng)一控制，實現(xiàn)在地面監(jiān)控中心即可完成對整個礦山電網(wǎng)系統(tǒng)運行情況的監(jiān)控和調(diào)整，極大地提升了電網(wǎng)監(jiān)控的有效性和工作安全性。

關(guān)鍵詞:供電網(wǎng)絡(luò);監(jiān)控系統(tǒng);以太網(wǎng)

隨著煤炭生產(chǎn)企業(yè)對煤礦綜采效率和自動化要求的不斷提升，各類自動化程度高的機械設(shè)備不斷的投入應(yīng)用，對井下供電系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性、供電安全性提出了更高的要求，煤礦井下供電線路多、分布廣，缺乏統(tǒng)一的控制與保護手段，一旦某個區(qū)域出現(xiàn)短路故障時將導致大范圍的停電事故，給煤礦井下的綜采作業(yè)安全帶來嚴重的隱患［1］。為了有效提升礦井供電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，提出了一種供電網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在井下監(jiān)控單元部分采用了以工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)架為核心的供電方式，同時有效地利用了煤礦井下現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)，將其統(tǒng)一進行管理和控制，實現(xiàn)了對供電網(wǎng)絡(luò)各個分支運行情況的實時自動監(jiān)控，出現(xiàn)故障時自動對該區(qū)域進行斷電保護，快速鎖定故障源及故障原因，不僅極大地提升了供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的自動化程度，而且極大地提升了井下供電系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性。

1供電網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

某煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括了井下監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)通信單元以及地面監(jiān)控中心3個部分［2］(圖1)。由圖1可知，該煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)為控制核心［3］，井下監(jiān)控單元為最基礎(chǔ)的部分，用于對各個分支網(wǎng)絡(luò)的運行情況進行實時監(jiān)控，對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行初步的分析，對供電的穩(wěn)定性和安全性進行分析，然后將監(jiān)測結(jié)果和數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信單元傳輸?shù)降孛嫔系谋O(jiān)控中心，監(jiān)控單元主要包括各類電量傳感器、測量保護裝置、綜合保護裝置等，當電路出現(xiàn)故障時，能夠?qū)收想娐愤M行保護，并能夠執(zhí)行監(jiān)控中心所發(fā)出的控制指令。該通信單元以工業(yè)以太網(wǎng)為核心，將各個監(jiān)控分站順序串聯(lián)起來，通信單元和各個監(jiān)控分站之間以RS485通信協(xié)議為接口進行連接，最終集中到地面監(jiān)控中心內(nèi)。地面監(jiān)控中心是該供電網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)控系統(tǒng)的控制終端，不僅用于監(jiān)控人員對煤礦井下供電系統(tǒng)的供電情況進行監(jiān)測，而且控制人員可以下達各類控制指令，對井下供電網(wǎng)絡(luò)的運行情況進行調(diào)整，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2井下監(jiān)控分站結(jié)構(gòu)

監(jiān)控分站是煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的核心，直接關(guān)系到對各供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控結(jié)果的準確性，同時還需要滿足防爆的安全要求，本研究所提出的監(jiān)控分站，采用了專用的通訊接口形式和高速數(shù)據(jù)傳輸電控系統(tǒng)，具有大容量、接口靈活、擴展性能好的優(yōu)點，能夠方便地接入多種形式的接口模塊，滿足數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通訊的需求，該監(jiān)控分站上還配備有大尺寸的數(shù)顯系統(tǒng)，能夠?qū)⒃摫O(jiān)控分站范圍內(nèi)的監(jiān)控結(jié)果實時顯示在顯示屏幕上，便于井下維護和故障處理時的操作，該監(jiān)控分站的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示［4］。該監(jiān)控分站內(nèi)包括了防爆外殼、不間斷電源、綜合保護開關(guān)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信模塊等，主要用于控制各傳感器對該區(qū)域內(nèi)的供電狀態(tài)進行采集，完成與地面控制中心的數(shù)據(jù)通信，并執(zhí)行控制中心發(fā)送的調(diào)控指令。

3井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)控制原理

煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行離不開簡潔、高效的邏輯控制模塊，煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)的安全運行主要依賴于監(jiān)控分站能夠提前識別供電網(wǎng)絡(luò)中的異常運行信號并進行調(diào)整，同時還依賴于發(fā)生故障后監(jiān)控分站能夠及時控制故障波及的范圍，將故障維持在盡可能小的區(qū)域，保證井下的供電安全［5］。根據(jù)煤礦井下實際需求，提出了一種優(yōu)化后的數(shù)據(jù)通信邏輯，該通信邏輯能夠完成對各監(jiān)控參數(shù)控制、故障定位和查詢、人機界面交互，數(shù)據(jù)通信等，實現(xiàn)對控制區(qū)域內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的全面控制，其控制邏輯如圖3所示。

4結(jié)論

針對煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)分布范圍廣、無統(tǒng)一監(jiān)控系統(tǒng)，在實際應(yīng)用過程中極易發(fā)生故障，影響煤礦井下供電安全的現(xiàn)狀，提出了一種新的煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦井下各供電網(wǎng)絡(luò)的供電狀態(tài)進行實時監(jiān)控，根據(jù)運行狀態(tài)進行調(diào)整，及時處理運行過程中發(fā)生的異常情況，極大地提升了煤礦井下的供電安全性。(1)該煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)為控制核心，采用RS485數(shù)據(jù)通信協(xié)議和標準通信接口模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩?、安全性，同時能夠滿足多種類別監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)通信需求。(2)監(jiān)控分站主要用于控制各傳感器對該區(qū)域內(nèi)的供電狀態(tài)進行采集，完成與地面控制中心的數(shù)據(jù)通信，并執(zhí)行控制中心發(fā)送的調(diào)控指令，能夠滿足井下惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定性和可靠性的需求。(3)該供電監(jiān)控系統(tǒng)，控制邏輯簡潔、高效，能夠快速處理供電網(wǎng)絡(luò)異常，將故障范圍維持在最小的范圍內(nèi)，最大限度地滿足井下供電安全的需求。

參考文獻

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［2］任啟洪，申云飛，張大臣．基于嵌入式工控機的分站在煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．科技創(chuàng)業(yè)家，2013(4):99-100．

［3］李文峰，趙敏．總線式煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)［J］．煤炭技術(shù)，2010，29(3):108-110．

［4］李先妹，黃家棟，唐寶鋒．數(shù)字化變電站繼電保護測試技術(shù)的分析研究［J］．電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40(3):105-108．

［5］李大鋒，趙帥，吳峰．基于工業(yè)以太網(wǎng)的煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用［J］．工礦自動化，2011，37(1):84-86．

作者：李林昌 單位：潞安集團司馬煤業(yè)有限公司