谈变电站高压供电监控系统设计

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摘要：以变电站高压供电监控系统设计为对象开展探究。对高压供电监控系统设计开展综合分析，进而对其硬件设计和软件设计做出具体探究，希望能为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。

关键词：煤矿；变电站；高压供电；监控系统

在煤矿井下生产作业中，电力一直是生产所不可或缺的动力来源，确保井下供电系统运行的安全稳定，对于矿井生产的持续有效开展意义重大[1-2]。但井下作业环境复杂多变且相对恶劣，使得井下生产中供电系统经常会发生过负荷、短路或漏电等事故，而在这些故障发生前井下高压配电开关通常会产生多种征兆，如电流急剧波动、温度增高等。有鉴于此，针对性设计井下高压供电监控系统对高压配电开关进行有效监测，并将相关特征数据汇总上传至地面监控中心，通过分析汇总实现对故障隐患的提前定位排除，进而在确保生产作业持续有效开展的同时降低由电力故障引起的财产损失，为矿井综合效益的增加提供帮助。

1系统设计分析

1.1结构设计

图1为井下供电监控系统结构示意图。由图1分析可知监控系统采用DCS型（集散分布型）布设结构，大体可分为井下监控和井上监控两部分，两者间通讯方式为RS-485[3]。作业时井下各变电站负责对本站内监控信息进行收集汇总，并存储于变电站控制器缓存区内。当井上变电站向井下发出访问指令时，各井下变电站会立即将存储于缓存区的数据上传给井上变电站，相关数据经井上变电站的分析后显示到软件监控界面，方便作业人员根据实际情况对井下变电站作业进行相应操作。

1.2通讯方式选择

井下生产作业使用较为频繁的通讯方式主要包括RS-485、RS-322、CAN总线、光纤等，在本次设计中为简化井下变电站同井上PC（计算机）之间的通讯系统，选择具备光电隔离功能的RS-485通讯方式。这种通讯方式采用两线制，其传输最远距离可达1.5km，可以有效满足井下变电站同井上PC的通讯距离要求，并具备较好的抗干扰性能。此外，井下数据采集装置由于同井下变电站间隔较小，故选用RS-232通讯方式，该通讯采用三线制，传输距离最远可达20m。

2硬件设计分析

2.1主控芯片选择

所涉及系统主控芯片选用型号为MSP430F5438的单片机，其属于嵌入式微控装置，具有非常小的功耗，只需最大3.6V的直流电便可有效运转。同时该单片机具备3个16位定时器、1个高速数模转换装置和12C串行通讯等丰富的外设设备，能很好地满足井下高压供电监控作业需求。

2.2RS-485型通讯电路设计

井上井下通讯方式为RS-485，其作业芯片型号为ADM2587E[4]，属于单电源供电的隔离型芯片，作业传输速率为500kbit/s，隔离电压为2500V，广泛应用在RS-485通讯系统应用的各个场合中。同时，作业时为减小线路中可能存在的浪涌电压、共模电压等对通讯作业的干扰性，需在通讯电路总线中增设如下保护措施：在电路管脚处串联RT（热敏）电阻，其阻值范围介于4～10Ω，同时电路管脚对地连接TVS管（瞬态二极管）。此外，也可以采用二极管同电阻串联的方式进行作业。

2.3RS-232型通讯电路设计

根据设计，井下变电站同数据采集设备间的通讯方式类型为RS-232，采用这种通讯方式时能选用的传输速率区间介于50～38000bit/s，同时能进行异步双工通讯。而在井下变电站高压供电监控系统进行作业时，RS-232通讯线路同其控制芯片采用电平转换通过MAX3232ESE（芯片型号）达成。整个系统为提升作业的扩展性，在留设原有专用串口的基础上还预留有一路串口，以便于系统后期的硬件结构升级所需。

2.4测温电路设计

为有效监测高压配电开关作业时的温度变化，监测系统中配有专门的温度感应装置[5-6]，其型号为DS18B20，作业时能对配电开关低压腔内部的温度进行实时采集并将相关数据同步传送至地面数据中心。作业过程中DS18B20温度感应装置实时采集的温度数据主要借由对其DQ（双向数据控制）引脚高低电平的读写而实现，同时为提升其作业的驱动力，在其DQ引脚上增设1个上拉电阻，以确保读写过程中数据测定的精准性。图2为测温电路原理示意图。在读取温度时，其主要作业程序包括三部分，分别是初始化时序、读时序及写时序。3个时序均以主机为主设备，以单总线装置为从设备，每一个命令或数据的传输全部从主机启动的写时序开始。而当要求单总线器件进行数据回送时，可在完成写命令操作后，通过主机启。

3软件设计分析

3.1测温程序设计

在DS18B20温度感应装置作业时，系统控制中心向其发出测温转换命令后，程序必须等待接收DS1820温度感应装置的返回信号后才能进行下一步操作。因此，一旦测温装置内部存在断线或接触不良的情况，则系统对其数据进行读取时便无法获得相应信号。

3.2上位机界面设计

井下高压供电监控系统所使用的上位机软件通过VB（程序设计语言）程序进行编辑，通过可视化编码装置达成，编程语言为C语言，且编写时能借由增加代码的属性而降低编写难度。该软件主要应用在地面监控中心，可实时显示井下变电站高压配电开关运行状态并对历史信息进行存储调阅，以便作业人员随时查阅。而通过该程序能对井下高压配电开关达成的操作功能主要有分闸、合闸、复位等。作业时必须先输入相应的操作密码，否则无法进行操作。图3为井下高压供电系统监控界面示意图。

4结语

变电站高压供电系统作为矿井生产动力的源头，其运行的安全有效对于提升矿井生产的稳定性和持续性意义重大，是实现矿井综合效益增加的关键举措。矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产中积极组织相关专业人员开展针对性的分析探究，通过对新技术的应用，构建高压供电监控系统，实现对其运行状态的实时监测，进而及时发现和排除安全隐患，为矿井生产的安全开展提供坚实保障。

参考文献：

［1］樊晋杰.矿井电力监控系统升级改造研究［J］.石化技术，2019，26(12)：260.

［2］王志国.矿井变电所后备电源配置方案的选择研究［J］.机电工程技术，2019，48(12)：258-259.

［3］李旗瑞.煤矿井下变电所远程监控系统应用分析［J］.石化技术，2019，26(11)：370.

［4］赵朝蓬，张利.牵引变电所无人值班值守辅助监控系统接口标准化研究［J］.电气化铁道，2019，30(增刊1)：32-34.

［5］星跃明，刘永亮.基于矿井开采的变电所无人值守监控系统分析［J］.世界有色金属，2019(14)：273.

［6］尚通船.柳湾煤矿井下采区变电所无人值守监测监控系统的开发研究［J］.机电工程技术，2019，48(9)：65-66.

作者：李青 单位：阳煤集团股份有限公司一矿