探究井下供电系统改造的应用效果

　　摘要：供电系统作为煤矿生产的动力源头，确保其运行的稳定、可靠对矿井生产综合效益的持续提升意义重大。以此为着手点，针对井下供电系统智能监控开展探究。结合具体工程实际，在综述供电网络监控系统优化改造的基础上，对数据传输线路升级改造和高压开关综保装置作业原理进行了分析，并对改造后监控系统的应用效果进行了探究。

　　关键词：供电系统； 智能监控； 数据传输线路； 高压开关综保装置；

　　Abstract:The power supply system is the power source of coal mine production, and ensuring its stable and reliable operation is of great significance to the continuous improvement of the comprehensive benefits of mine production. Taking this as a starting point, the intelligent monitoring of underground power supply system was explored. Combined with the actual project, based on the summary of the optimization and transformation of the power supply network monitoring system, this paper analyzed the upgrade and transformation of data transmission line and the operation principle of the comprehensive protection device of high-voltage switch, and explored the application effect of the monitoring system after the transformation.

　　Keyword:power supply system; intelligent monitoring; data transmission line; comprehensive protection device of high-voltage switch;

　　供电系统作为煤矿井下生产作业的动力源头，确保其运行的持续、稳定对矿井生产综合效益和井下作业安全性的提升有着不可替代的重大作用，特别是随着现代矿井生产规模的扩大和自动化水平的不断提升，井下生产作业对供电系统运行的稳定性和安全性要求越来越高[1,2].面对这种状况，为井下供电系统配设现代化的高效智能监控系统，实现对供电系统运行状态的实时监测，对于推动矿井更好地发展意义重大。

　　1 工程概述

　　A矿为国有大型矿井，矿井年产能可达3.0×106 t.矿井现配设的KJ70型井下供电网络监控系统，仅能够对电网整体电流及电压分布情况进行监测。由于该矿井在多年的生产中不断增添机电设备，井下供电网络分布广且线路盘根错节，使用中极易出现电磁干扰，一旦发生故障，必须对故障区域所有线路进行逐级排查，极大地制约了矿井生产综合效益的提升。同时，井下长时间停电还会对作业安全造成严重影响。因此，需要对该矿井供电网络监控系统进行优化升级，构建可全面监测供电网络运行情况的智能化监测系统，最大程度提升井下供电稳定性。

　　2 供电网络监控系统优化改造分析

　　针对A矿井下当前实际情况，基于ARM微处理技术，提出优化改造方案。优化后系统整体结构如图1所示。整个智能监控系统包括高压开关综保系统、井下数据传输通讯系统、地面集控平台等。其中，高压开关综保系统的功能是对井下各用电分区网络进行全面保护，通过对实时采集的供电网络运行相关参数的分析研判，能够判定系统运行状态，一旦发现存在故障隐患，会立即发出保护动作信号；系统在接收到相关信息后会立即操控相应区域电网断电，确保将故障影响控制在最小范围。井下数据传输通讯系统的功能是实现井下各个保护装置与地面集控平台间的数据交换和传输，其采用的通讯方式为RS485总线通讯，各分站之间按照国际标准布设同类型数据转换接口，在确保数据传输高效的同时具备良好的抗干扰性。地面集控平台的功能是对井下各作业分站进行全面的监测，并将收集到的数据分析汇总后以图表的形式显示在监控界面，方便井上技术人员实时掌握井下各个分区电网运行情况；同时，集控平台还具备远程控制功能，允许作业人员对各监控分站进行远程操控[3].

　　3 井下数据传输线路升级改造分析

　　A矿井下现有监控系统所使用数据传输线均为常规的双绞线结构，这种数据线通常只能满足常规数据传输的需求，但煤矿井下作业环境相对恶劣且随着矿井生产规模的扩大，各类用电设备的数量持续增加，导致在井下狭小作业环境中往往存在十分明显的电磁干扰现象，从而对数据的传输造成负面影响，极大地干扰了监控系统对收集数据的分析和辨识。针对这一不足，特将井下使用的普通双绞线结构的数据传输线改为双屏蔽电缆，这种电缆配设有分相屏蔽层和分相绝缘层，使用其进行数据传输作业时，将分相屏蔽层接地，确保一旦出现数据线电流过大现象，则能够马上借助分相屏蔽层将多余电流导入地下，从而提升作业安全性。与此同时，分相绝缘层的存在还能够避免电缆进行过载电流分流处理时出现电流外泄，从而防止发生触电事故，进一步提升井下作业的安全性[4,5].结合井下通讯安全需求和抗干扰需求，设定如表1所示的双屏蔽层电缆过电流保护动作特性参数。

　　图1 井下供电网络监控系统整体结构示意图   

　　表1 双屏蔽层电缆过电流保护动作特性参数

　　4 高压开关综保装置作业原理

　　在对A矿井下供电网络监控系统进行优化升级时，结合井下作业需求，所用的高压开关综保装置型号为KYN28A,图2所示即为其结构图。

　　图2 高压开关综保装置结构图  

　　分析图2可知，所选用的高压开关综保装置由互感装置、滤波装置和整流电路等构成。作业时，高压开关综保装置借助互感装置对供电线路的三相电流、电压等进行监控，所采集的交流电信号再通过滤波装置转化为直流信号，同时在收集数据时系统也会自行对电网绝缘信号进行滤波处理，所有采集信号转化完成后借助转换电路将模拟信号进一步转化为数字信号。而高压开关综保装置在接收到数字信号后，会将相关信息与预设的转换逻辑予以对比分析，对系统运行的状态做出判定，从而确定是否进行保护动作[6].

　　整个高压开关综保装置配设RS485总线数据端口，可以实时显示监测所得数据和保护装置作业状态，同时装置外套屏蔽外壳具有良好的防爆能力和防电磁干扰性能，可以有效适应井下各类作业环境，确保数据传输的稳定、可靠。

　　5 应用效果分析

　　通过对A矿井下供电网络监控系统的优化改良，系统运行的稳定性和可靠性大幅提升。选取该监控系统2019年6个月的监测数据与2018年同期的数据进行对比分析，图3所示即为数据对比分析图。分析图3中的数据可知，在优化改良后（2019年），电网运行时出现跳闸、短路等异常现象的频率相较于2018年同期降幅超过90%,同时井下可取消一个供电巡察专员岗位，每年可节约人力及维护成本2.0×105元。此外，因供电网络异常造成的停产时间相较于以往减少了85%,矿井生产能力每天提升预计超过1 000 t,实现了矿井综合效益的大幅提升。

　　图3 数据对比分析图  

　　6 结语

　　供电系统作为矿井生产持续开展的动力源头，确保其运行的持续、稳定、高效对矿井生产综合效益的获得有着不可替代的积极意义。矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产作业中积极引进先进技术，不断优化矿井供电网络监控系统，实现供电系统监控的智能化，大幅提升其监控性能，为矿井供电系统运行的高效、稳定开展提供坚实保障。

　　参考文献

　　[1]郭健苗。塔山矿井下供电网络监控系统的升级改造[J].山东煤炭科技，2020（4）：139-141.

　　[2]史小军，文敬忠。煤矿供电防越级跳闸监控系统分析[J].内蒙古煤炭经济，2019（22）：164.

　　[3]郝明会。供电监控系统在煤矿供电中的应用价值[J].内蒙古煤炭经济，2019（19）：183-184.

　　[4]李建伟。煤矿井下变电所高压供电监控系统设计[J].煤矿机电，2019,40（5）：34-37.

　　[5]韩乐。电网安全监测监控调度一体化系统的实践[J].山东煤炭科技，2019（8）：143-145.

　　[6]焦向宁。煤矿井下供电监控及防越级跳闸系统设计[J].水力采煤与管道运输，2019（3）：58-59.