安家岭露天煤矿高压供电地线连续性监测技术研究

陈剑平

（平朔露天设备维修中心，山西 朔州 036006）

机电与自动化

安家岭露天煤矿高压供电地线连续性监测技术研究

陈剑平

（平朔露天设备维修中心，山西 朔州 036006）

针对安家岭露天矿地线连续性检测的具体问题，提出了相应的分析和解决方案，并讨论了具体方案的算法程序，最后使用单片机对供电地线连续性检测进行了实现，保障了露天煤矿高压供电系统的安全可靠运行。

露天煤矿；高压供电；地线；检测

0 引言

高压触电事故是露天矿山的一项重大风险源。相比较其他工矿企业，露天矿山发生人身触电事故有以下特点：①露天矿生产多采用6 kV高压供电，电源具有较大的能量，一旦发生事故，往往造成严重的伤害和损失；②露天设备供电电缆一般采用就近就地明敷在采场各处，与作业人员接触程度密切；③作业过程中电缆被频繁拖曳、移设，破损漏电概率很大；④露天矿群体作业如爆区准备、维修保养等人员易受到高压漏电的危害。

因此，露天矿矿坑供电系统应保证供电设备-电缆-移动接线箱-电缆-受电设备之间地线连接的可靠性，以确保当发生接地漏电情况时，有可靠的接地保护措施保证人员不受伤害。中煤平朔安家岭露天矿的供电系统如图1所示。

露天矿35/6 kV箱式移动变电站和移动开关柜是露天矿供电系统的重要组成部分，其作用在于变换电压、汇集和分配电能。因此，露天矿高压供电系统的安全可靠运行与露天矿的生产发展密切相关。要确保高压供电系统安全可靠的运行，还需要对供电地线的状态进行实时检测。供电地线的主要作用是将电气设备与大地的零点电位相连，以保证设备和人员的安全。

目前平朔露天矿的高压供电系统仍然是20世纪80年代的产品，对高压输电地线状态的检测是通过电桥式检测装置进行，检测过程操作复杂，误触发动作较多，极大地影响了安全生产的进行。由于原有供电系统检测、维护的技术落后，目前这套检测方式已经几乎不起作用，使得高压供电系统的运行缺少了安全防护，安全生产得不到有效保障，严重制约了生产效率。

针对露天矿原有的高压供电地线状态检测技术进行更新与改造，在物联网理论的指导下实现及时、可靠的发现供电系统中地线连接回路中存在的问题、进行故障定位、闭锁状态检测、超限显示报警、数据上传等功能，使相关管理及工作人员完全掌握露天矿高压供电系统的实时运行状态，及时发现故障并快速处理。

图1 露天煤矿采掘场供电系统例图

1 技术方案

露天矿山供电大多采用6芯型式的EHD-CPE重型氯化聚乙烯护套电缆，其中3芯为动力线，2芯双铰地线和1芯监控线。露天矿采场供电系统中，移动变电站和移动开关柜承担电力的转换与分配，移动接线箱用作电缆的连接。

针对现场生产实际的需求，拟实现在移动开关柜线路连接完成后，在开关柜合闸输送6 kV动力电之前，按压移动开关柜中的检测按钮为整个控制线路加电，这时安装于每个移动接线箱中的智能检测模块进行自检。自检完成后，将检测到的柜门闭锁信号、移动接线箱中控制线与地线之间的电压、自己的编码等信息，通过电力载波通讯方式传输到检测中心机。检测中心机接收到各个模块的信息后进行分析计算后，依次显示每个移动接线箱的位置以及编码。地线连续性监测系统如图2，系统总体设计图如图3。

图2 地线连续性监测系统图

某2个移动接线箱之间的阻值超限，检测中心机将会在显示屏上不间断显示这2个移动接线箱的位置编号以及它们的编码，并将这2个移动接线箱对应的警示灯显示为黄色，同时报警器发出报警声音以提示作业人员对线路进行检修。整个线路中存在断路的情况，检测中心机将在显示屏上不间断显示所能采集到的每个移动接线箱的位置编号以及它的编码，并将所有警示灯显示为红色，表明当前情况异常。同时报警器发出报警声音以提示工作人员对线路进行检修。

所有检测信号正常，即各移动接线箱的电压差在合理值内，同时移动接线箱门关闭到位、闭锁正常，则每个移动接线箱对应警示灯全部为绿色，且不会有报警提示。合闸输送动力电后，门锁机构会自动闭锁，保证在有动力电的情况下即使用钥匙也无法打开柜门。

图3 系统总体设计图

2 方案的算法实现

本系统中要避免信息碰撞，就需要让每个下位机有序的将自己所采集的信息传输到上位机，而上位机发送命令时，也需要将该命令有序的传输到每一个下位机。因此，为每个下位机排序，排好序后，下位机按照排序依次将采集信息叠加传送给上位机。实现该功能时，设计阶段分别提出了电流排序法和电压排序法，但电流排序法在实际实现过程中遇到了一些困难，经过分析比较后，最终选择了电压排序法。下位机排序连接示意如图4。

图4 下位机排序连接示意图

2.1 电流排序法

电流排序法是利用流过每个下位机的电流大小来为下位机排序的（电流排序法不需要在下位机上串联小电阻）。在整个监测回路中采用恒流源来为整个电路提供恒定的电流，假设每个下位机消耗相等的电流。比如恒流源输出一个3 A的电流，每个下位机消耗相等电流0.1 A。那么下位机1将检测到2.9 A的电流，下位机2将检测到2.8 A的电流。下位机1检测到2.9 A，与3 A相差0.1 A，排序Num=1。下位机2检测到2.8 A，与3 A相差0.2 A，排序Num=2。下位机3检测到2.7 A，与3 A相差0.3 A，排序Num=3。依次类推得到每个下位机的排序。但在实际实现时，遇到了以下问题：

1）恒流源所提供的电流不能太大，电流太大的话会导致电压太高，对系统造成损伤，因此流过每个分布机的电流很小，不太容易准确测量。

2）测量电流的电器元件的不一致性导致每个下位机测量的电流值差异太大,无法准确测量。

3）测量电流时，采用的是霍尔电流传感器，对磁场反应比较敏感。而露天矿的工作环境复杂，存在各种磁场，不能保证电流的可靠采集。

4）此方法得到的下位机排序，不符合下位机向上位机上传信息时的叠加的规律。下位机向上位机上传信息时，需要从靠近终端模块的下位机开始，依次将检测信息叠加，最终将信息上传给上位机。

2.2 电压排序法

电压排序法是利用每个下位机检测到的电压值规律来给为下位机排序。通过判断下位机检测到的电压值范围，得出下位机的排序。此方法需要将末端电压稳定在一个合理的电压值，比如15 V，以此作为电压判断范围的开始。还需在每个下位机上串联一个相等的小电阻来消耗电压，使每个下位机检测到的电压值出现明显的电压差，比如为1 V。根据这些数据我们在下位机程序中设有1个电压对比表，当电压15＜V＜16时，排序Num=1，电压16＜V＜17时，排序Num=2，当电压17＜V＜18时，排序Num=3，以此类推，设置10个电压对比值。因为生产设备生产时最多需要接10个移动开关柜。假如下位机3是离终端模块最近的的下位机，那么下位机3检测到的电压值应该介于15～16 V，排序为1。下位机2检测到的电压值应该介于16～17 V，排序为2。下位机1检测到的电压值应该介于17～18 V，排序为3。依次类推得到每个下位机的排序。此方法得到的排序是靠近终端模块的下位机排在第1位，正好符合下位机向上位机上传信息时的叠加的规律。

下位机向上位机传输信息的过程中采用信息叠加再转发的方式将下位机采集到的信息传输到上位机，每个下位机都具有接收数据、转发数据的功能，这样即使中间有模块出现故障，只要之后的模块可以接收到数据，一样可以将数据传递下去，确保了信息传输的可靠性。

主监控装置接收检测控制装置上传的各项数据，分析这些数据，若发现线路连接或开关柜闭锁发生故障，主监控装置显示故障信息，同时进行声光报警。若分析正常，主监控装置显示“检测正常”，提示工作人员手动加载高压电。之后，主监控装置通过监测线路电压的变化情况来判断线路连接状态。系统每隔一定的时间需要向检测控制装置发送命令，让其上传最新的检测数据，防止检测控制装置脱离主监控装置的控制，处于死机状态。主监控装置工作流程如图5所示。

图5 主监控装置基本流程

3 方案的硬件实现

系统硬件设备中央处理器是上位机的核心，选择PIC18F6620单片机作为上位机的中央处理器。中央处理器负责分析处理下位机上传的各项信息以及控制各个外围连接硬件。显示屏用来显示上位机分析所得的各项需要显示的信息，如数据信息、控制信息、报警提示信息等。指示灯和报警器为现场工作人员提供报警提示。KQ-130F电力载波数据收发模块用来实现上位机和下位机之间信息的交互。下位机主要由PIC18F6620中央处理器、报警器、指示灯、开关柜编号电路、闭锁机构电路、KQ-130F电力载波收发模块6部分组成，这些组件在PIC18F6620单片机的控制下完成各自的功能。

4 结 语

供电系统监视、测量、记录等工作都自动进行，既提高了测量的精度，又避免了人为的主观干预，运行人员只要通过观看液晶屏幕，对露天采掘场主要设备和各输、配电线路的运行工况和运行参数便一目了然。这套智能系统的引入为提高电铲供电系统的可靠性、安全预防性提供了有效的保障。提高了露天煤矿电力系统的管理水平，增加工作时的安全性、保证人身安全、为实现数字化信息管理打下坚实的技术基础。

［1］郭翠珍，庄廷峰，于成文，等.露天矿采掘场供电、地线监测系统技术改造［J］.金属矿山，2003，321（3）：61-62.

［2］吴继勇，杨棣.接地线监测器在露天矿供电中的应用［J］.电气传动，1991（6）：45-48.

［3］李月香，蔚晨月，陈剑平.露天矿地线连接状态实时监测及故障定位系统设计［J］.山西大学学报（自然科学版），2016，39（1）：56-60.

［4］贾海筠，庄廷峰.露天矿的电力分配及安全防范［J］.露天采矿技术，2009（6）：41-43.

［5］袁健，马鸿雷，陈玉东.关于煤矿6 kV高压电网接地保护的讨论［J］.山东煤炭科技，2010（5）：129-131.

［6］张平宽.露天采掘场的供配电系统设计［J］.露天采矿技术，2005（6）：27-29.

Research of high voltage power supply wire continuous monitoring technology in Anjialing Open-pit Mine

CHEN Jianping

(Equipment Maintenance Centre,Pingshuo Mining Company,Shuozhou 036006,China)

The article puts forward the corresponding analysis and solutions according to ground wire continuity test specific problems in Anjialing Open-pit Mine,and discusses the concrete scheme of the algorithm,and finally realizes the use of SCM to the power supply grounding continuity test.

open-pit mine;high voltage power supply;ground wire;detection

TD613+.5

B

1671－9816（2017）11－0043－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.012

陈剑平.安家岭露天煤矿高压供电地线连续性监测技术研究［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：43-46.

2017-06-15

陈剑平（1973—），男，山西忻州人，高级工程师，本科，毕业于中国矿业大学矿山机械工程专业，现任中煤平朔集团有限公司露天设备维修中心副主任，从事露天采剥设备的维修管理工作。

【责任编辑：陈 毓】