煤矿井下供电设备监测监控系统研究

郭辉 冀锋

山东新巨龙能源有限责任公司 山东菏泽 274000

目前，国内外在供电设备的系统监测领域的理论和实践研究的程度还不够深入，因此结合现有的供电设备经常出现的故障或者还没有发现的问题（如停电后不能立即输送电能等），探讨以太网通讯技术、数字化集成电路技术和继电保护理论在现有的供电设备监测系统基础上创新的可行性，以便实现矿井下供电的监控系统能够开发出四遥功能（遥测、遥调、遥信、遥控）[1]。

1 井下供电设备的故障监测现状

据现有的供电监测系统所得数据分析，井下的供电设备经常会出现有故障但没有发现、无故障跳电、停电后不能及时输送等问题，而其监测系统由于技术落后与机械设备和供电设备技术之间不相匹配的矛盾，不能及时地进行预警和做出绝缘处理，也不能精确地定位设备故障和系统漏洞，造成漏电保护不可靠。这样容易给供电系统造成不稳定的影响，甚至影响其电能输送的质量和稳定性，也会造成供电设备损坏、报废（如开关故障、局扇故障等），随时都有可能引发恶性的安全事故。

2 煤矿井下供电监测监控系统的作用

当前我国有很多煤矿企业井下的供电系统都采用的是人工值守的方式，利用综合保护器进行就地操作，而由于井下的工作面经常发生变动，因而变电站需要频繁地移动，这就导致井下中央变电所和采区变电所分布分散。并且，由于井下工作条件恶劣，井下众多的供电设备的运行都会受到一定的影响，仅仅依靠人力来控制井下供电设备的运行不仅会给相关操作人员带来无法估量的危险，再加上无法对危险进行及时的反馈，因而在煤矿的生产过程中仍会出现诸多安全隐患。

3 井下供电设备及其系统的概述

矿井下的供电系统的用电负荷应按照不同的设备需求进行设计，如井下主排水泵、人员升降副立绞车等应设计一级负荷供电，主井的提升设备、装载设备等采用二级负荷用电的设计。在井下供电系统中，其所使用的设备主要包括了磁力启动器、变压器、综保、馈电开关等，这些设备都需具备防爆、自动隔绝电力的功能，其中变压器的配置不得少于 2台，电源线的进线和母线的分段中应装有断路器[2]。

3.1 井下供电设备的三大被动保护措施

过电流保护。供电设备中电流异常大的现象称为“过电流”，当供电设备内通过的电流超过了其设计能够承受的最大电流的时候就会导致供电设备出现损坏。而对于煤矿井下来讲，过电流所带来的热量很容易导致井下瓦斯的爆炸等安全事故，因此必须对井下的供电设备进行过电流保护。

漏电保护。漏电是电网经常容易出现的问题，一般由于电网处在恶劣的环境之下，导致电缆的绝缘层受到了损伤，继而发生的漏电现象，被称为集中性漏电。而整个电网线路的绝缘水平偏低，从而导致整个线路都发生漏电的现象，则称为分散性漏电。由此可见，对井下供电设备进行漏电保护是非常重要的。

保护接地。保护接地是将供电设备的外壳同大地相连接起来，由此将异常的电流导入地下，以达到对供电设备的保护的目的。

3.2 数据采集服务器

所谓的数据采集服务器是利用相关的硬件和软件系统，实时采集井下供电设备运行的各种数据的关键设备。数据采集服务器能够定时自动采集数据，根据操作者的要求实时采集数据，控制对数据的停止采集或者不断采集、修改终端参数，如各种报警限值、传感器量程等。通过数据采集服务器的设定和应用，能够及时监控井下供电设备的运行状态，当井下供电设备的运行参数超过警戒值，则自动停机或者提醒操作者。对于井下供电设备的任何异常情况都会记录在案，以便于接下来的故障维修或者井下机械设备的定期维护工作。一般来说，井下数据采集服务器是有多套的，这样才能保证一个数据采集服务器出现问题，整个系统还能够接着使用。数据采集服务器相当于人类的眼和耳，能够自主收集各种信息，为其他供电设备的稳定运行提供参考性的依据。

3.3 通讯服务器在数据采集服务器

收集了井下供电设备运行的相关参数之后，需要利用通讯服务器来将手机的相关数据信息进行传递和处理。通讯服务器中所储存的数据都是经过提炼整理的，这样就极大地减少了信息的冗余度，避免没有用的信息占用过大的内存空间，提高系统的运行的稳定性。

4 井下电力监测分站各模块及其功能

4.1 工业嵌入式通讯服务器

工业嵌入式通讯服务器是保证井下电力监测分站与地面控制中心主机实现良好地数据交换的保证。

4.2 监测主机

一套计算机系统，采用双机备用模式，通过 R S485 接口将井下当地 PLC 控制模块、综合保护器等数据进行采集、处理、传送，将井下各供电设备的运行状态及参数实时传送到地面主站，起桥梁的作用。

4.3 信息采集模块

科技的发展带来了数据采集仪器的更新。当前各种采集仪器的精度都非常高，可采集现场母线三相电压、电流、功率等随时间连续变化的模拟量，高低压开关触点的合、分闸状态属于数字量，设置两个通道，分别通过光电隔离、滤波装置进行模拟量和数字量的采集和处理，经过 A/D 转换器转换后，存储在监测分站主机存储器，并通过地面交换机将信息传送给地面监控主站。

为降低井下供电设备发生故障的几率，探究了煤矿井下供电设备监测监控系统的构建。通过对煤矿井下供电设备监测监控系统的构建，能有效地从地面了解井下各供电设备的运行状态，保证井下供电设备的有效运行，降低安全隐患，从而为煤矿的安全生产提供可靠的保障[3]。