煤矿井下供电自动系统的设计与实现

张连杰

摘 要：随着国民经济的快速发展，我国的煤矿开采行业面临新的发展机遇与挑战，由于煤矿开采长时期进行井下作业，其供电系统对整个行业发展做出了巨大贡献。随着科技水平的不断提高，井下供电系统也有所创新和完善，为煤矿开采提供了安全的运行环境，极大的促进了行业发展。文章主要对煤矿井下供电自动系统进行具体的研究，探讨具体的设计思路，望能够为同行业带来借鉴与参考。

关键词：煤矿开采；供电自动系统；设计思路；数据模型

中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）32-0014-01

煤矿开采需要长时间的进行井下作业，加之其作业环境十分的恶劣，井下供电故障时有发生，保证井下供电的安全运行是目前急需解决的问题。科技的快速发展，有效的促进了多方面的技术进步，其中供电系统设计技术也有所提高，越来越多的供电自动系统得到了广泛应用，煤矿井下供电也日益实现了自动化，提高了井下供电的安全性。

1 煤矿井下供电自动系统设计的重要性

伴随着科技的日益发展，煤矿开采行业对井下供电系统提出了更高的要求，实现井下供电自动化有着重要意义，主要表现在如下几个方面：

第一，提高了井下供电质量。井下供电自动系统设计，主要是针对井下作业时，由于受到恶劣环境的影响而出现电路中断这一现象，充分利用交换机的功能特性，为井下供电提供不间断电源，这种供电设计明显的提高了井下供电质量，为井下作业的供电运行提供了稳定的基础。

第二，保证了施工人员井下作业安全。对于煤矿开采行业而言，电力是其实现生产的主要因素，只有安全可靠的电力供应，才能实现煤矿开采的安全生产。然而，近几年来因供电中断而发生的重大事故也时有发生，比如说水泵停开出现淹井、设备停用发生瓦斯爆炸等，而供电自动系统设计有效的解决了供电中断问题，保证了井下作业的施工人员安全[1]。

第三，增加了企业的经济效益。良好的供电系统在保障了人员安全的同时，也为煤矿开采企业带来了更多的经济效益。一方面，供电自动化减少了作业设备的损坏，不仅节省了相应的维修费用，同时提高了设备的使用效率。另一方面，安全可靠的供电运行，缩短了设备的维修时间，延长了生产工期，进一步促进了生产效率，从而增加了煤矿开采企业的经济效益。

2 供电自动系统的总体设计

供电自动系统设计虽然并不十分的复杂，但是也不是一个独立的结构，该系统主要通过四个功能模块加以实现，结合煤矿井下供电的实际需求，对其电缆长度和供电参数实现自动计算，同时自动得出供电系统图和设计报告。

2.1 实现电缆长度的自动计算

通过对机电设备实体与电缆实体进行空间拓扑探究，计算出相应的电缆长度并将信息体现在供电系统图之中。该系统的设计需要对以下几个变量进行运用：①机电设备的数量，这里具体是指与电缆实体进行连接的机电。②机电设备的三维空间坐标，包括设备实体在回采工作面、巷道底板、掘进工作面底板等几处的坐标情况。③电缆实体的中间点坐标情况，以及电缆实体所有中间点的数量。具体的计算方法，将在以下数据组织模型中加以介绍。

2.2 实现供电参数的自动计算

煤矿井下供电自动系统中，其供电参数计算需要根据图形数据加以确定，如果设备参数出现变动，则在相应的图形数据中会有所体现，只要在系统中重新设置参数数据，系统便可自动完成供电系统的相关参数的计算。供电参数是提供安全的供电运行的主要依据，其中短路电流、负荷统计、电压损失、长时载流等，便是几个重要且常见的参数[2]。

2.3 实现供电系统图的自动生成

在供电系统的设备布置图中，记录着机电设备实体以及电缆实体的有关信息，根据图中两者的空间关系，供电自动系统能够将供电系统图自动生成。由于设备布置图与系统图之间存在一定的关联，在对设备布置图进行修改时，其系统图也会做出对应的变化，并通过系统软件自动生成。

2.4 实现系统设计报告的自动生成

设计报告记录着设计人员的整个设计过程，同时对设计过程中出现的各种问题也进行了详细记录，为供电系统今后的改进工作提供重要的理论依据。在供电自动系统设计中，可实现设计报告的自动生成，通过规范的报告模板形式，记录下详细的设计过程与设计步骤。这一模块功能的实现，主要体现了程序识别功能。

3 供电自动系统的数据组织模型

3.1 几何网络拓扑结构模型

在煤矿井下供电自动设计中，将供电设备实体抽象成点，而将电缆实体抽象为线条，由于点、线是不具备面积的，同时点还不具有长度数值，这样便于对空间拓扑关系的确定。几何网络拓扑结构模型的运用，实现了结点-弧线的数据组织，如果存在结点信息时，可以通过计算求得相应的派生弧段信息，与之相同，如果存在某些弧段信息，也可对相应的派生结点信息进行求解，这种模型大大降低了数据在存储时造成的冗余问题，方便系统实现快速的访问[3]。

3.2 几何网络矢量数据模型

矢量数据模型与拓扑结构模型具有很多的共性，是拓扑模型的特殊形式，主要也是通过建立结点-弧线数据组织模型，处理弧段与结点之间的对应关系。针对井下供电自动系统的设计需要，将机电设备描述为点，电缆实体描述为线，通过几何解析，确立空间关系。

3.3 电缆长度计算模型

电缆长度计算是基于拓扑结构模型构建的基础上进行的，首先通过结点处高程值的判断，从而确定机电设备的具体空间位置，为下一步的电缆长度计算提供可靠的坐标依据。对机电设备的三维空间坐标判断之后，包括设备实体在回采工作面、巷道底板、掘进工作面底板等几处的坐标情况，可根据空间拓扑关系和起始结点的坐标点进行计算，电缆的起始结点坐标表示为 ，末结点的坐标表示为，该种计算方式主要是先计算分段电缆长度，然后将所有计算结果进行相加，最终得到电缆的总长度。其各段计算公式为：

3.4 供电设备参数统计模型

由于供电系统中设备与电缆不具有线性关系，因此难以通过具体的公式进行计算，基于此，可以通过结点-弧线数据组织模型，将机电设备与电缆实体之间的逻辑关系表达出来，为供电设备参数的确定提供依据。供电设备参数统计模型，主要是将供电网络描述为树状结构，供电网络的起始结点是树状结构的结点，并以这两结点为开始，依次对供电网络进行遍历计算[4]。

4 结 语

综上所述，在科技快速发展的新时期，煤矿井下供电自动系统设计技术不断的推陈出现，随着计算机技术的不断进步，该系统不仅实现了电缆长度、供电设备参数的自动计算，同时可自动生成供电系统图及设计报告，为井下供电提供了安全的运行保障，进一步促进了煤矿开采行业的发展。

参考文献：

[1] 刘文，王瑞海，奂光润.新桥煤矿井下供电监控系统设计与应用[J].中 州煤炭，2014，（2）.

[2] 李晓莉.店坪煤矿井下供电系统的设计研究[J].煤炭与化工，2015，（6）.

[3] 吕小辉.煤矿井下供电系统的设计与探讨[J].科技展望，2014，（14）.

[4] 侯秀杰，夏辉，雷天华，等.煤矿井下交换机的不间断供电系统设计[J].

煤矿机械，2015，（2）.

[5] 孔庆宇，陈凯利.井下供电标准化管理创新研究[J].煤炭科学技术，2013，（S1）.