露天煤矿智能供配电管控一体化系统设计

郭俊义

（国家能源准能集团公司 设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

受第四次工业革命在科技和产业上的变革影响，我国的经济发展方式已经面临新的瓶颈，近些年受到物联网与现代化、智能化的信息技术影响，我国的一些支柱型产业也开始逐步推进智能化转型。对于煤炭产业而言，传统的工作模式导致我国的生态环境遭到极大的破环，为了实现可持续发展，实现煤炭产业的智能化发展形势非常的紧迫。对于露天煤矿智能化建设来说，作为基础的保障工程，供配电系统是矿山工作的重要保障系统，对露天矿山的生产起到关键作用，而随着智能矿山系统的推进，供配电系统的智能化建设也需要纳入到整个智能矿山的建设体系当中，进而从根本上推动煤矿开采企业的经济效益提升，扩大矿企在煤炭产业市场的核心竞争力，促进矿产市场的绿色可持续发展。

1 智能供配电一体化系统概述

1.1 供配电方式

露天煤矿的供配电方式在矿场工作的过程中需要保持安全运转，所以需要选择安全性高的供配电方式[1]。目前在露天矿山的供配电方式有环形线－横跨线、环形线－纵架线、放射－横式以及放射－纵式4 种主要的供配电方式[2]。环形线路的布置主要是沿着矿山的边缘设置可移动的变电站，形成一个环形的框架结构，可以实现线路间的互相联络；而对于横跨线、纵架线与环形的组合来说，需要在矿山设置中压的架空设备，这样才能将电流引入到矿山设备当中，区别就是横跨线是垂直于整个采矿平台的，而纵架线则是平行于采矿平台。横跨线的优点也是因为其垂直的结构能够减轻矿山在爆破过程中对整个供配电系统的影响，在进行线路架设时需要极高的技术要求，架设过程中的风险性也比较大；纵架线的优缺点则刚好与横跨线相反，纵架线在线路铺设时并不需要很高的要求，也能有效的避免碰线和压线，但就是因为是平行于整个工作平台，所以爆破的时候很容易会对线路造成损伤，变相增加了后期的维护成本。放射型的2 种供配电方式虽然在架设线路的方式上与横跨和纵架2 种方式相同，但是线路直接是从变电所接出，并不需要在矿山周边安装环形的可移动式的变电站，并且横式的供电系统在穿过矿山时也是垂直与矿场的采掘台阶的，只不过由于需要穿过整个矿山才能引入到矿山的用电设备上，所以这一方式也很容易收到矿山开采爆破的影响。无论是放射-横式还是放射-纵式配电方案，都需要变压设备用来适应露天矿山开采设备的电压要求[3]。

1.2 系统简介

智能供配电一体化系统是以企业提高生产效率，提升经济效益为前提而建立的，同时，智能供配电管控一体化控制系统也能够有效地保障企业安全生产。在传统的供配电系统中很容易因缺乏电网智慧监测控制，引发生产事故。供配电系统的智能化系统建设与应用也是露天矿山智能化建设的前提条件与重要系统组成部分。智能供配电管控一体化系统开发的前提除了基于安全保障外，还有一个重要原因就是为适应煤矿的6 kV 中压变压标准[4]。整个系统中应用了包括电气、计算机、通信与自动化等多个专业的现代技术，通过技术应用可以实现对供配电设备保护、设备控制以及数据的测量分析、通讯、记录管理等功能，供配电一体化管控系统将所有的功能都实现了集成化处理，建立了一个先进的现代化终端连接系统。通过终端可以科学有效地对供配电过程、过程安全监测与计算机控制进行系统层面的自动化监控。现有的智能供配电系统的总线技术用的是Profibus－dp 技术，通过总线将各类开关柜体进行了连接，并在开关柜中应用了微机控制技术、通信技术、网络技术[5]。通过技术集成，整个系统也实现了远程的遥测、控制、通信、调度功能，智能化、信息化程度得到有效的提升。

2 智能供配电管控一体化设计

2.1 系统功能介绍

随着智能化信息技术的应用，智能供配电管控一体化系统逐渐衍生出6 个主要的功能。

1）测量功能。通过测量功能可以实现对矿山的配电线路的相关电力参数显示，比如设备的状态和电压、电流、功率等相关数据。

2）检测功能。智能化系统可以实现问题诊断以及实时报警，再通过监测与控制系统实现对故障点的显示定位及风险排查功能。

3）控制功能。在智能化供配电管控一体化系统中应用了PLC 控制系统，能够实时根据供配电设备的运行状态及相关参数发出控制指令，而控制指令的相关编辑可以通过计算机依照生产用电实际情况进行设定。

4）保护功能。保护功能是通过控制所产生的指令，在基于PLC 控制系统上可以应用计算机技术开发出智能化的电机保护系统，以实现对整个系统和配电线路的保护功能，尤其是针对配电线路中容易出现的过压、过载和短路等问题，智能化系统可以从算法的优化上针对这些问题进行合理的调整。

5）管理功能。通过管理功能可以根据矿山设备的实际用电情况进行供配电管理。

6）网络功能。整个供配电管控一体化系统实现智能化最重要的功能，通过网络功能有效减少系统建设过程中产生的成本，实现系统控制的信息化与自动化[6]。

2.2 系统应用设计

露天煤矿的智能供配电管控一体化系统需要从提升整个矿山的安全生产效益出发进行科学设计。在进行系统设计时，首先要考虑到矿山的实际用电负荷值以及初期矿山开采时设计的相应用电容量，确立好矿山所需要的电源数量。根据不同等级的负荷量确定1～2 个独立电源为矿山进行供电，但在实际的建设过程中还需要根据矿山所处的实际能源条件确定好矿山需不需要自备发电厂。其次，在系统建立前还应对露天煤矿的供电电压进行确定是采用35 kV 还是66 kV 的电源，变压器的数量也需要根据矿山的实际负荷进行综合考虑。在相应的准备工作完成后，就需要从监测、装置、管理、故障4方面建立相对应的系统，4 个系统本身除了需要成功连接到智能供配电管控一体化系统中的控制与监测系统，还需要将4 个子系统与生产设备进行连接，从而确保整个供配电流程的时效性[7]。

2.3 系统在采煤脱硫工艺中的应用

现阶段部分煤矿企业在脱硫生产过程中，对监测系统的构建尚未具备较为完善的认知，实际生产监测过程中也存在着诸多弊端问题，引起了一系列设备故障、安全事故的产生。出现这些现象的主要原因在于煤矿企业人力资源有限，无法全面监测脱硫生产的全过程管理，尤其随着国家对露天煤矿开采工作的要求不断提高，在采煤脱硫系统的构建模式中逐渐走向一体化模式发展方向，将多个高性能控制系统进行相互结合，以形成全新的脱硫系统，其设计与应用包括4 个系统。

1）监测系统。在监测系统的应用中一般可以针对脱硫工艺的多方面工作实现监测功能，尤其在废弃物处理过程中加强监测质量，可以将监测系统装在脱硫生产阶段，利用温度测量仪器及时监测脱硫系统的运行状况，监测周期应当以24 h 全天监测为主，保证监测时间全面覆盖。一旦脱硫系统出现任何异常状况或脱硫指标超出规定范围内，可以通过计算机发送信号指令，然后安排专业人员进行检查与处理[8]。

2）装置系统。在煤矿企业实际生产过程中，为了提升脱硫生产效果往往会应用各类机电设备以辅助生产工作，在这些装置系统中同时需要加强监理工作质量，充分发挥装置系统的性能优势，尤其在运输机、采煤机、过滤机等装置系统中，需要结合人机模式以加强对各类生产设备优化处理质量，促进整体生产脱硫效率得到进一步提升。

3）管理系统。通过计算机监测管理煤矿生产过程，加强对脱硫处理流程的管理质量，实际脱硫生产过程中，可以在计算机结合脱硫生产指标进行指导生产，计算机系统也可结合生产指标内容来对实际采煤脱硫处理过程中所存在的异常问题进行验证和检查，以便于及时发现问题，采取针对性处理措施[9]。在煤矿脱硫管理系统中，需要从煤质管理、人员管理、操作管理等方面加强系统管理质量，为实际脱硫生产工作创造良好的技术条件。

4）故障系统。在监管系统的应用过程中，还要能够及时考虑到煤矿企业结构所存在的复杂性特征，需要关注故障问题的产生，能够采取有效处理措施以解决故障问题，比如可以借助故障系统来尽可能地减少故障问题的发生，促进煤矿脱硫处理效率得到有效提升，为煤矿企业创造更为可观的经济效益[10]。而在故障系统的人机操作模式中一般可以从自诊断系统、自排查系统中进行应用，从而发挥系统的技术优势。

3 结语

通过对露天矿山的智能供配电管控系统进行深入研究，得出智能供配电管控一体化系统可以有效地减少露天矿山在生产过程中出现的一些基本问题，实现对整个矿山设备的供配电控制，保障作业过程的安全生产。智能供配电管控一体化系统对露天矿山而言，科学合理的应用能够有效促进露天矿山的智能化建设整体水平，从而提升其在煤炭生产行业的市场竞争力。