关于煤矿井下供电设备在线监控系统的应用研究

王少鹏

（陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西 咸阳 713602）

在计算机及通讯手段愈加成熟中，在线监控与无线通信逐渐被运用在煤矿行业中，促使井下监控系统合理化更新。实现全程监控井下供电设备工况、异常信号采集、远程操控等，促使煤矿生产活动的可视化与数字化程度加深，并减轻日常运维任务量。

一、煤矿井下供电设备原有情况

以某煤矿为例，其供电主要包含地面与井下两个部分。一方面，地面供电系统。在井下设置4 个双回路10KV 的电源，引自110/10KV 变电站。110KV变电站双回路电源，来源于上级330/KV 变电站不同母线段，总体的输电长度是18KV。从地表的供电设备来看，布设3台S3810−X612000/110/650000KVA变压装置。其余的地面有关供电设备有煤矿提升机的控制机房、生产现场的电力装置、风井的控制室等。另一方面，地下供电设施的情况。共有两台MNST−320型的变压装置，构成中央变电所、盘区变电所，任务是井下各排水系统迎头工作面低压线路提供电源。对于井下供电设备，首先，过流保护表示在被监控设备与线路内，电流值大于既定阈值后，系统能直接启动保护动作。其次，漏电保护，在线路和地面构成导电回路时，出现电流经过的情况，对此现象加以防护预警。最后，接地保护，在供电设备表面壳体带电，会和所接触的地面建立连接，避免井下工人出现触电事件。

二、煤矿在线监控系统应用的总体设计

（一）设计思路

该系统是基于地面系统自动化手段比较成熟的条件下，结合煤矿井下的作业环境，运用以太环网，形成在线监控系统，以避免因为供电，带来严重事故。微机保护系统支持动态监控、历史信息整合等，可达到无人值班的状态。通过设置井下的通信平台，实现各类监控资料的稳定传输。运用先进的手段，促使煤矿管理更为自动化与现代化。

（二）系统特点

组态软件为供电专业版，满足供电设备普遍性管控习惯，易于使用维护，而且能结合煤矿井下实际情况，进行针对性的功能设计。配备Windows操作系统、SQL Server数据库与B/S/C体系结构，具体较高的灵活度。此外，设置实时数据库与关系式历史数据库，展现出显著的通用与可扩展特点。该系统包括地面与井下系统，借助以太网及数据库完成子系统的连通，实现信息高速输送。而且支持开放式的信息连接，构成有序的联动系统，以免产生“孤岛”格局，确保数据资料的得以充分应用。将嵌入式应用该软件，融入到井下监控与通信装置上，支持现场信息采集与保护反应、通信和数据转换。针对低压漏电，配备分布式的运算方式，以规避井下漏电事故。借助神经网络的设备手段，处理供电设备故障识别及定位的问题。另外，该系统还能提供优异的数据发布及网络，电子设备在接入局域网及Internet网络，根据账户权限，提供在线监控资料[1]。

三、煤矿在线监控系统具体设计应用

（一）地面监控主站

1.系统硬件

主站中硬件包括监控工作站、通讯与数据的服务器。结构模式设置成单机与网络两种，前者最多配置2台能相互备用的PC 机，能视为后台机，最少配置是单个后台机。后者则分别配备2台相互备用的通信及数据服务器，以及25 个监控工作站。具体来看，一是通信服务器，功能任务是井下分站、监控工作站及数据服务器，三者之间的信息交互、通道监视等。单机条件下，两类服务器和工作站均部署在同一计算机中，而在网络条件下，通信服务器设置独立的PC 机，并可设置主备参数。日常工况下，由主机完成全部工作，仅有在其停止运转后，由备机继续工作。接口选定以太网。二是数据服务器，主要是保存历史资料，同样分成主备机器，同时也能负担起监控工作站的任务，兼顾Web服务器的功能。一般工况中，监控信息来自于主服务器，在主机退出工作后，会有备机顶替。三是监控工作站，其负责定值管理、工矿监控等，最多能设置25 台。

2.系统软件

软件部分包含系统与应用两项。系统软件有操作及数据库等，应用软件则涉及到基础平台、通讯单元、组态工具、在线监控单元、Web服务单元等。操作系统运用WindowsXP，安装过程中，需先载入IIS。数据库系统为SQL Server数据库。应用软件方面：基础平台，安设于服务器及工作站；通讯单元，安设在对应服务器上，负责信息转发；数据库单元，运行于服务器上，支持系统参数设定；组态工具，安设在工作站，支持制作图形资料；在线监控单元，同样配置在工作站中，负责动态监控；定值管理，布置在工作站中，支持设计及查找、更改系统定值；Web服务单元，安装于服务器，支持信息浏览；录波分析单元，运转在工作站中，负责录波处理分析；下载工具，可将录波资料下载到计算机本地中保存使用[2]。

（二）井下测控分站

井下分站是用于保护设备和地面监控之间的信息沟通。其具体功能有：保障合理系统内部的数据交换，基于主站发出的指令，采集各项所需信息，传给中心站。同时，按照地上调度中心的指令，调节高保开关，和综合保护器一同，完成单线接地选线，以达到高阻接地等情况的需求。在实现接地后，同时数据记录与信号的方式，输出接地线路等信息。可保障上下级的保护装置，时间相同，主站每个小时确定两次时间，而分站则间隔一刻钟和综合保护确定时间。在保护器的通信断开，会立即生成事件记录，不仅会直接反应在设备本身上，还会同步送至地面监控。配置外挂式的扩充单元，支持第三方的供电装置连接。此外，还能连接带以太网接口的各类系统，能直接把信号传给地面。该系统掉电后，能自动保存并传送必要资料。

分站在接收到主站发出更改定值的指令，基于固化命令，传给综合保护，后者完成固化后，分站会生成更改记录。开关调节的指令运转过程，与之相似。另外，在综合保护形成录波信息后，分站会申请获取，随即产生三种格式的文件资料，保存在分站内。此项储存功能有一定限制，在文件资料超过限定数量后，会依次删除最早记录。分站带有OPC Server接口，能和整个矿井的集控平台建立连接。此外，井下分站支持远程监控通信，软件升级、信息维护、下载资料等操作也可通过远程完成。

1.分站特点

其一，拥有工业级的微处理器，功耗偏少，运行稳定性高。其二，通信形式多样化，支持不同规约与波特率的环境。其三，通讯和监控均设置外挂式单元，利于后期功能增添，并利于信息交换，达到集中监控的效果。其三，在掉电之后，备用电源启动，继续供电，并能保障在全站停电，把故障数据传递到地上监控系统中。其四，配备以太网的交换机，直接连接以太网。

2.软件设计

分站软件功能要求为：增减、运维、规约方便。规约及功能模块均是外挂形式，支持远程调整参数、查看部分信息、使用磁盘、启动计算机、信息传输等。分站软件设计，重点为数据和功能。设置公共数据域，不同功能单元基于自身需求，获取信息资料，通过基础运算，生成所需功能。

一方面，重要公共数据区。包含的数据类型有：一是实时信息，如模拟量、电度量以及状态量。而其中的状态量不仅涉及到终端状态数据，还有单相接地及通信单元形成的运行状态资料。二是事件次序记录信息，包括终端传输的事件记录以及各功能模块形成的事件信息。三是故障录波信息，支持文件传输。信息的存储方式为：实时数据根据逻辑设定的顺序，依次保存；事件记录是根据获取及形成的时间，排列保存；录波信息是在录波传输结束后，形成文件保存后，开始下一个。

另一方面，普通公共区域。设置六个分区，即实时数据，保存模拟量与信号量；电度量数据，保存整点的电度量信息，用文件保存；事件记录，属于循环数据区；指令交互区，支持上位机通信单元和终端通信单元之间，传输指令与反馈落实情况；公共参数，保存最基础信息，比如测控端口的资料等；录波数据，保存一次录波资料[3]。

（三）微机保护器

保护器设置，是为避免由于单一回路异常，导致整个系统发生问题。借助数据次序信息与异常录波，方便锁定故障点，以缩短停电时长。并配备远程遥控操作，提高系统使用的便利性及安全性。

1.硬件设置

其一，配备标准机箱，确保内部结构相同，达到模块化、规范化的目的。其二，双CPU格局，装配高品质的处理器保护CPU，运用微处理器，操控系统界面。其三，使用低耗能、快速的A/D转换芯片，每隔一周借助采样与频率跟踪进行系统保护与测量。其四，存储器支持保留定值与动作记录，确保系统全部信息及时面对掉电情况，也能完整保留。其五，保护器内芯片都实行表面贴片，并组合四层板制造技术，使保护器自身抗干扰性能有所依仗。其六，硬件可进行自动检测，并在识别到故障后立即反应，让保护器能保持正常运转状态，维护系统保护效果。其七，能提供闭锁合闸，以免出现误操作。此外，还提供高清的操作界面，使用者能根据自身工作习惯，进行个性化调整，输出实时的设备工况，方便远程巡检。

该部分系统的硬件原理为：（1）保护装置接线。DSPfalse 属于微处理器，通过数字信号完成信息处理。运行原理：在获得模拟信号后，转变成数字信号，对其删改及强化，解译成模拟信息及环境格式。具备可编程的特点，支持实时运转。（2）E2PROMfalse 数据储存器与时钟线路。测控模块中，异常报告及保护定值等信息需长期保存，占用空间较少，但对可靠性标准较高，绝不可丢失。时钟线路就是提供时间信息，方便事件记录等模块运转。（3）CAD总线驱动电路。本自动化系统的站内通信，配置CAD总线，能实现分布式操控，拥有较高的开放性。借助总线接收器，能保障通讯距离以及瞬时抗干扰的水平。（4）模拟信号。交流插件把电压与电流信号，转换为满足测控设备输入标准的形式。在供电系统出现异常后，互感装置二次侧电流的波动区间偏大，因而设置传感装置中，应实现：在最低电流条件下，能表现出必要的分辨力。变换器需合理选定二次侧负载，以免发生饱和问题[4]。

2.软件设置

该系统具体的功能模块需包含：交流采样，负责获取模拟量，输给数据区；联网通信，和井下分站通信，实现数据应答；就地通信，和操作系统显示页面交互；交流计算，通过计算分析，得出模拟量的有效值；保护逻辑模块，提供保护功能的分析判断；开入采集，获取开入作业情况与相应动作监控资料；开出动作，维护逻辑出口与分合闸操作；上电自检，支持硬件自我查看。软件整体分成主程序与断开服务程序，前者设置初始化及自检、逻辑判断与跳闸应对单元。后者则分成定时采样与串行口通讯两个部分。

结束语：设置井下在线的监控系统，基于某煤矿当前的监控系统情况，拟定新的设计方案。采用如今比较成熟的以太网，支持各模块的稳定连接，保证数据的低延时传递。借此消除井下作业的部分危险源，保证煤矿生产安全。