煤礦井下電力監控系統的應用研究

摘要：主要介紹了應用煤礦井下電力監控系統的重要意義，并對煤礦井下電力監控系統的主要原理和基本構成做了簡(jiǎn)要介紹，并從隔爆監控單元設計、通信協(xié)議設計和組態(tài)監控系統設計等方面提出了電力監控系統的設計方法，希望能對相關(guān)從業(yè)者提供參考和借鑒。

   關(guān)鍵詞：電力監控;煤礦井下;應用;

   在礦井下進(jìn)行施工，時(shí)刻需要消耗電能進(jìn)行基本的操作維持和設備運行，因此，煤炭企業(yè)要保證井下施工中的電力供給系統的安全，并保障施工人員在電力環(huán)境下的施工安全。由于煤炭企業(yè)井下電力系統需要依靠復雜的電線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )支撐，并根據使用的狀況進(jìn)行內部的調整，提供長(cháng)時(shí)間的穩定電壓和電流，所以要監控井下電力系統。

1.煤礦井下電力監控系統的組成和功能

1.1煤礦井下電力監控系統的組成

   煤礦井下電力監控系統需要依靠復雜的電線(xiàn)輸送系統和電腦控制系統構成，才能實(shí)現網(wǎng)絡(luò )傳輸對電力系統的安全控制和監督。而煤礦井下電力監控系統主要由地面部分、井下電力監測站點(diǎn)和防爆高低壓開(kāi)關(guān)構成。地面部分需要使用狀況良好的計算機保證基本的運算和數據收集，并為監控系統提供實(shí)時(shí)的信息記錄，還需要地面交換機來(lái)保證信息的及時(shí)輸送和傳譯山，能夠將地下傳送的信息轉化成有效的信息進(jìn)行監控系統內部的傳輸，還需要穩定的網(wǎng)絡(luò )設備，保證監控系統處于有效的網(wǎng)絡(luò )下，才能實(shí)現信息在設備之間的傳輸和信息的運算分析，此外，還需要打印機保證信息的轉換和收集。而井下站點(diǎn)需要通訊服務(wù)器、供電設備和光端設備，幾種設備組成信息的收集和傳輸網(wǎng)絡(luò )，并由供電設備提供地下監控系統需要的電力資源，保證各設備的正常運作。監控系統主要的構成部分是防爆高低壓開(kāi)關(guān)設備，主要依靠這一設備實(shí)現對電力網(wǎng)絡(luò )的控制，主要由通訊服務(wù)器、防爆箱和斷路器組成，能夠實(shí)現對電力系統的監控和調節。

1.2煤礦井下電力監控系統的主要功能

   煤礦井下電力監控系統可以實(shí)現電力系統的信息收集，不斷更新和記錄電力系統中的模擬量、狀態(tài)量和脈沖量，采集電力系統中的信號信息，并實(shí)現數字化的信息傳遞，將有效的信息通過(guò)地下站點(diǎn)、地面部分和防爆高低壓開(kāi)關(guān)構成的網(wǎng)絡(luò )輸送到監控系統中[2]。通過(guò)對收集到的信息的解讀和分析，煤礦井下電力監控系統能夠判斷電路的使用狀態(tài)，并對可能出現的安全問(wèn)題進(jìn)行預警分析和數據計算。同時(shí)，系統還能夠實(shí)現數據記錄和信息留存功能，將收集到的信息存儲在設備的硬盤(pán)中，并提供相應的查詢(xún)支持。通過(guò)記錄信息，監控系統還能進(jìn)行電力分析模擬，將記錄中的信息輸送到構建的模型中獲得相應的預警信息。當設備出現故障和問(wèn)題時(shí)，系統還可以通過(guò)自身的信息收集能力和數據存儲能力將出現問(wèn)題時(shí)的數據記錄在存儲裝置中，以便日后分析解讀，并通過(guò)對存儲數據的分析提供相應的預警報告。此外，煤礦井下電力監控系統還具備一部分通訊設備，能夠實(shí)現各個(gè)站點(diǎn)之間的連接，并通過(guò)將信息輸送到操作人員的電腦系統中實(shí)現人機的互聯(lián)，操作人員能夠收到監控系統實(shí)時(shí)傳輸的信息數據，并根據數據信息判斷電力運行的狀態(tài)和井下施工的狀況，并對監控系統和煤礦設備進(jìn)行調整，確保施工人員和施工設備的安全。煤礦井下電力監控系統能夠提供及時(shí)準確的信息，并為管理人員提供相應的管理權限，管理人員還可以查看以往的錯誤記錄和信息分析報告。系統還能夠為電力系統和監控系統自身提供備用的電力能源，以便應對可能發(fā)生的緊急情況實(shí)現安全保障。

2.煤礦井下電力監控系統的構成原理

   煤礦井下電力監控系統主要依靠網(wǎng)絡(luò )信息傳輸和運算實(shí)現電力監控系統設備之間的連接，并通過(guò)計算得到的信息控制電力系統。防爆高低壓開(kāi)關(guān)設備能夠對電力系統的開(kāi)斷進(jìn)行控制，并收集電力系統中的電壓電流信息和應用數據，并將信息回傳，通過(guò)地下站點(diǎn)將信息傳遞給地上的控制點(diǎn)，在這一過(guò)程中，收集到的信息要經(jīng)過(guò)不斷的加工和分析，并最終將有效的、可讀的信息傳遞給地上的管理操作人員。管理操作人員借助電力監控系統提供的信息分析井下施工的狀況，并指揮人員進(jìn)行下一步操作，控制電力系統和煤礦設備的工作狀況。

3.煤礦井下電力監控系統的設計和應用

3.1煤礦井下電力監控系統隔爆監控單元設計

   煤礦井下電力監控系統中的井下站點(diǎn)要實(shí)現信息的中轉和傳輸，將井下收集到的信息進(jìn)行集中，并轉化為易于接受的信息傳遞給地上的信息收集處，是監控系統中的重要節點(diǎn)和轉換點(diǎn)。通過(guò)外部電力能源的供電，地下電力監控系統的各個(gè)組成部分和設備才能夠實(shí)現正常的運作。通過(guò)設備中裝配的信號傳輸設備和傳輸協(xié)議，可以構建基本的電力監控系統的傳輸方式。通訊設備主要由編程控制器、通訊模塊、以太網(wǎng)模塊、光纖模塊、人機界面、開(kāi)關(guān)電源等成分構成，將收集到的信息遠程傳輸給地面的站點(diǎn)和信息收集系統，并通過(guò)一系列的信息轉化和解碼編程，實(shí)現煤礦井下電力監控系統的有效信息傳遞和控制。

3.2煤礦井下電力監控系統通信協(xié)議設計

   為了實(shí)現煤礦井下電力監控各系統的高效信息傳遞，需要對系統中的信號信息進(jìn)行編程，建立信息信號，并采用高質(zhì)量的設備防止信息的誤傳和漏傳。對信息信號采用編碼和解碼方式，能夠為信息的高質(zhì)量傳輸提供可能。大多數信息傳輸信號都采用編程的方式傳遞信息，并運用十六進(jìn)制的方式儲存信號信息。其中，主要通過(guò)開(kāi)始字、地址字、校驗字、結束字實(shí)現信息的編碼和控制，在編程的過(guò)程中嚴格按照計算機語(yǔ)言進(jìn)行信息的記錄和傳輸。在開(kāi)始字的開(kāi)頭要采用統一的十六進(jìn)制的編碼，以便信息在傳輸設備和站點(diǎn)之間的識別和確認。而地址字則要采用準確的記錄方式，確保信息地址信息的有效傳輸，并在信息的傳遞過(guò)程中不斷增加地址位置信息，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )間的互傳，在最終到達管理者的設備時(shí)，能夠將編程和代碼逆向解讀出來(lái)，實(shí)現信息的可讀性。校驗字是為了確保信息的標準和監控系統內的傳輸設置的識別信息，通過(guò)校驗碼能夠實(shí)現設備內部的傳輸。而結束碼是信息結束的標志，能夠為設備的解讀系統提供基本的信號信息，指明該條信息傳輸的信號已經(jīng)結束，為信號解讀提供便利。

3.3煤礦井下電力監控系統組態(tài)監控系統設計

   通過(guò)井下電力監控系統的分析，井下電力監控系統主要依靠網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議將信息傳遞給各個(gè)站點(diǎn)，并最終將信息分析呈遞給系統的操作和管理人員。因此，要對電力監控的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行設計，設計符合基本認知的操作系統和傳輸代碼，并在實(shí)際操作中應用。

4.安科瑞電力監控系統產(chǎn)品介紹與選型

4.1概述

         Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站方位的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

4.2應用場(chǎng)所

辦公建筑（商務(wù)辦公、國家機關(guān)辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）

科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）

交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）

廠(chǎng)礦企業(yè)建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等）

4.3系統結構

          Acrel-2000Z電力監控系統釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

4.4設備選型

5.結束語(yǔ)

   煤礦井下電力監控系統能夠為煤炭企業(yè)的生產(chǎn)提供基本的電力信息支持，持續向管理操作人員輸送井下電力的工作信息，以便管理操作人員針對施工的狀況調整井下人員的工作狀態(tài)和煤礦設備的生產(chǎn)目標。

參考文獻

[1]趙大磊.煤礦井下電力監控系統的應用研究.

[2]柳叢.煤礦井下高壓供電系統失壓保護技術(shù)的研究[J].煤礦機電，2015(1):26-29.

[3]安科瑞電力監控與保護類(lèi)產(chǎn)品選型手冊,2022.07.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊，2022.05.

作者簡(jiǎn)介：

李雪薇，女，現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司