煤矿井下供电网络自动监测控制系统研究

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摘要:煤矿井下供电系统作为井下各类用电设备工作的动力源，其工作时的稳定性和可靠性直接决定了井下综采作业的安全。随着各类自动化设备、监控设备的大量投入使用，井下机械设备在运行过程中对电网的冲击效应也越加明显，给供电网络的安全运行造成了较大的隐患。为了有效提升矿井供电系统的供电稳定性，提出了一种新的煤矿井下供电网络自动监测控制系统，该监控系统以工业以太网为基本架构，将监控、调节、通信等进行统一控制，实现在地面监控中心即可完成对整个矿山电网系统运行情况的监控和调整，极大地提升了电网监控的有效性和工作安全性。

关键词:供电网络;监控系统;以太网

随着煤炭生产企业对煤矿综采效率和自动化要求的不断提升，各类自动化程度高的机械设备不断的投入应用，对井下供电系统工作时的稳定性、供电安全性提出了更高的要求，煤矿井下供电线路多、分布广，缺乏统一的控制与保护手段，一旦某个区域出现短路故障时将导致大范围的停电事故，给煤矿井下的综采作业安全带来严重的隐患［1］。为了有效提升矿井供电系统的供电稳定性，提出了一种供电网络自动监测控制系统，该系统在井下监控单元部分采用了以工业以太网构架为核心的供电方式，同时有效地利用了煤矿井下现有的监控系统与数据信息传输系统，将其统一进行管理和控制，实现了对供电网络各个分支运行情况的实时自动监控，出现故障时自动对该区域进行断电保护，快速锁定故障源及故障原因，不仅极大地提升了供电网络监控的自动化程度，而且极大地提升了井下供电系统的工作可靠性和稳定性。

1供电网络自动监控系统整体结构

某煤矿井下供电网络自动监控系统整体结构如图1所示，包括了井下监控单元、数据通信单元以及地面监控中心3个部分［2］(图1)。由图1可知，该煤矿井下供电网络监测系统以工业以太网络为控制核心［3］，井下监控单元为最基础的部分，用于对各个分支网络的运行情况进行实时监控，对监控数据进行初步的分析，对供电的稳定性和安全性进行分析，然后将监测结果和数据通过数据通信单元传输到地面上的监控中心，监控单元主要包括各类电量传感器、测量保护装置、综合保护装置等，当电路出现故障时，能够对故障电路进行保护，并能够执行监控中心所发出的控制指令。该通信单元以工业以太网为核心，将各个监控分站顺序串联起来，通信单元和各个监控分站之间以RS485通信协议为接口进行连接，最终集中到地面监控中心内。地面监控中心是该供电网络自动监控系统的控制终端，不仅用于监控人员对煤矿井下供电系统的供电情况进行监测，而且控制人员可以下达各类控制指令，对井下供电网络的运行情况进行调整，确保供电系统的稳定性和可靠性。

2井下监控分站结构

监控分站是煤矿井下供电网络监控的核心，直接关系到对各供电网络监控结果的准确性，同时还需要满足防爆的安全要求，本研究所提出的监控分站，采用了专用的通讯接口形式和高速数据传输电控系统，具有大容量、接口灵活、扩展性能好的优点，能够方便地接入多种形式的接口模块，满足数据转换和通讯的需求，该监控分站上还配备有大尺寸的数显系统，能够将该监控分站范围内的监控结果实时显示在显示屏幕上，便于井下维护和故障处理时的操作，该监控分站的基本结构如图2所示［4］。该监控分站内包括了防爆外壳、不间断电源、综合保护开关、以太网数据交换系统、数据通信模块等，主要用于控制各传感器对该区域内的供电状态进行采集，完成与地面控制中心的数据通信，并执行控制中心发送的调控指令。

3井下供电网络监控系统控制原理

煤矿井下供电网络监控系统的稳定运行离不开简洁、高效的逻辑控制模块，煤矿井下供电网络的安全运行主要依赖于监控分站能够提前识别供电网络中的异常运行信号并进行调整，同时还依赖于发生故障后监控分站能够及时控制故障波及的范围，将故障维持在尽可能小的区域，保证井下的供电安全［5］。根据煤矿井下实际需求，提出了一种优化后的数据通信逻辑，该通信逻辑能够完成对各监控参数控制、故障定位和查询、人机界面交互，数据通信等，实现对控制区域内监控系统的全面控制，其控制逻辑如图3所示。

4结论

针对煤矿井下供电网络分布范围广、无统一监控系统，在实际应用过程中极易发生故障，影响煤矿井下供电安全的现状，提出了一种新的煤矿井下供电网络自动监控系统，能够实现对煤矿井下各供电网络的供电状态进行实时监控，根据运行状态进行调整，及时处理运行过程中发生的异常情况，极大地提升了煤矿井下的供电安全性。(1)该煤矿井下供电网络监测系统以工业以太网络为控制核心，采用RS485数据通信协议和标准通信接口模块，能够实现对数据传输的快速性、安全性，同时能够满足多种类别监控设备的数据通信需求。(2)监控分站主要用于控制各传感器对该区域内的供电状态进行采集，完成与地面控制中心的数据通信，并执行控制中心发送的调控指令，能够满足井下恶劣环境下工作稳定性和可靠性的需求。(3)该供电监控系统，控制逻辑简洁、高效，能够快速处理供电网络异常，将故障范围维持在最小的范围内，最大限度地满足井下供电安全的需求。

参考文献

［1］赵建保，许沛丰，陈延昌．110kV线路单相接地故障实例及改进措施的分析［J］．电力系统保护与控制，2009(22):22-24．

［2］任启洪，申云飞，张大臣．基于嵌入式工控机的分站在煤矿供电监控系统中的应用［J］．科技创业家，2013(4):99-100．

［3］李文峰，赵敏．总线式煤矿安全监控系统联网技术［J］．煤炭技术，2010，29(3):108-110．

［4］李先妹，黄家栋，唐宝锋．数字化变电站继电保护测试技术的分析研究［J］．电力系统保护与控制，2012，40(3):105-108．

［5］李大锋，赵帅，吴峰．基于工业以太网的煤矿电力监控系统的应用［J］．工矿自动化，2011，37(1):84-86．

作者：李林昌 单位：潞安集团司马煤业有限公司