煤矿井下供电自动设计系统的实现

秦鹏 云龙

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

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。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。

2系统总体设计

煤矿井下供电自动设计系统包括自动计算电缆长度、自动生成供电系统图、自动计算供电参数和自动生成供电设计报告4个功能模块。（1）自动计算电缆长度。在供电设备布置图中，根据电缆实体与机电设备实体间的空间拓扑关系，判断机电设备实体在巷道底板、回采工作面或掘进工作面底板三维空间坐标、电缆实体连接的机电设备数量、电缆实体中问点数量及中问点坐标，计算机电设备实体间电缆长度，以电缆实体的基本特征信息显示在供电系统图中。（2）自动生成供电系统图。根据供电设备布置图中电缆实体与机电设备实体空间关系，自动生成供电系统图，快捷地绘制出供电系统图，修改设备布置图同时能完成供电系统图的修改，实现供电设备布置图与供电系统图的关联。（3）供电设备电气参数计算。通过对供电参数数学计算模型的封装，系统自动完成负荷统计计算、长时载流计算、电压损失计算、短路电流计算、整定保护计算等。当系统的设备参数发生变化时，通过更新当前图形数据，系统能及时设置改变后的参数数据并自动完成相关参数的重新计算。（4）自动生成供电系统设计报告。供电系统设计报告是设计人员备份供电系统设计过程、校验设计步骤的有效依据，是依托word可视化的集成环境、强大的编辑功能、内嵌的COM接口，定制供电系统设计报告模板，通过程序识别模板中Word的Application对象，动态地把供电设计中详细计算过程和计算结果自动填写到报告模板中，快速形成供电设计报告。

3供电自动系统的数据组织模型

3.1幾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。

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（xs，ys，zs），末结点的坐标表示为（xs，ys，zs），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。

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煤矿井下供电自动设计系统的未来发展趋势

煤矿的供电自动化系统可以算得上是煤矿的重要子系统之一，近些年来也得到了高速发展，在全国的煤炭行业中也相继得到了广泛重视及其应用。纵观所有工程中的供电自动化系统，它们无一不运用了变电所一级的用电设备与开关，而且伴随着信息化技术的不断进步，煤矿井中的供电自动化系统被逐一运用到大多数的供电系统中。另外，因为现在的很多用电设备都受到了技术上，成本上和环境等因素的影响，都并不具备有局扇开关，高低压开关等功能，基于此，未来的煤矿自动化供电系统需要依赖更多的设备厂家生产出更多智能化具有通信功能的用电设备。

5结束语

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]曹公界.煤矿井下供电自动设计系统的实现.中国战略新兴产业，2018.32.0100.

[2]付勇.煤矿井下供电自动设计系统的设计与实现.内蒙古煤炭经济，2016.07.13-14.

（作者单位：临沂矿业集团有限责任公司）