斜沟矿井下供电监控系统设计研究.pdf

1082019 年第 3 期 收稿日期 2018-07-19 作者简介 侯勇（1987-），男，汉族，山西省忻州市人，本科， 助理工程师，研究方向煤矿机电。 斜沟矿井下供电监控系统设计研究 侯 勇 西山煤电 集团 有限责任公司安监局，山西 太原 030053 摘 要 本文以对斜沟矿井下供电监控系统改造为背景，根据整体设计思路，通过设计地面主站、井下分站、通讯分站 以及一系列软件等来实现井下供电监控，使井下供电系统更加安全、可靠。 关键词 井下供电 监控系统 设计研究 中图分类号 TD611 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2019.03.042 Design and Research of Underground Power Supply Monitoring System in Xiegou Mine Hou Yong Safety Bureau of Xishan Coal Power Group Co., Ltd., Shanxi Taiyuan 030053 Abstract This paper takes the transation of the power supply monitoring system in Xiegou Mine as the background, and designs the ground main station, underground substation and communication substation according to the overall design idea, and a series of software to achieve underground power supply monitoring. Make the underground power supply system safer and more reliable. Key words underground power supply monitoring system design and research 机械电气与自动化 1 矿井供电系统概况 （1）矿井地面供电系统概况 斜沟矿 10kV 开闭所的两趟 10kV 电缆引自魏 家滩 110kV 变电所形成双回路供电。地面 2 台 S9- 500kVA 变压器将 10kV 高压变为 380V 低压向地面 负荷供电，井下 23 台移动变压器为采掘设备提供 充足电量。 （2）工作面供电概况 工作面所有负荷由 7联络巷内的移变提供， 电 源 取 自 13 采 区 1变 电 所 7607高 开 柜， 经 1250kVA 移动变压器变压后向工作面设备供电；移 变出线安设 KBZ-400 分路开关，用于实现风电闭锁 与瓦斯电闭锁。局扇电源分别来自 13 采区 1变电 所 1-3、2-3 风机专用馈开，实现风机双回路供电。 见图 1。 2 井下供电监控系统的作用 井下供电监控系统起着连接地面与井下的桥梁 作用，可以将井下监测的数据实时传送到地面，通 过调度中心对井下供电系统的实时数据进行记录， 可以实时了解和控制井下各电气设备的运行状态， 监视井下电气设备以及供电系统是否正常运行，在 发生故障时，能够迅速发现故障位置，诊断故障类 型，而且可以及时作出反应，使井下供电系统的管 理更加高效，提高整个供电系统的运行管理水平。 图 1 工作面供电系统图 3 井下供电监控系统的功能 3.1 监控井下电气设备的三大保护 （1）过流保护。即电气设备在运行时不允许 1092019 年第 3 期 超过额定电流，否则会烧坏设备，超过额定电流时 设备自动断电保护。由于井下环境特殊（煤尘、瓦 斯等的存在），一旦电气设备和电缆过流时，就有 可能引起设备起火爆炸，更严重时会导致瓦斯和煤 尘的爆炸。因此对井下供电监控系统要求能够及时 发现过流故障，并能够及时切断电源以达到过流保 护的目的。 （2）漏电保护。即用电设备绝缘受损时发生 短路故障防止人身触电和设备起火的保护，一般漏 电保护器都安装在配电箱插座回路与总配电箱电源 进线上。因此井下供电监控系统应与漏电保护器相 连接，当发生漏电时能及时报警并传输数据给地面 指挥中心，并可以及时控制处理漏电。 （3）保护接地。即为了防止有可能带电（电 气设备金属外壳）等对人身和设备安全有威胁的接 地。保护接地的意思就是在将正常运行时不带电， 而在电气设备损坏时（绝缘受损、电气设备带电的 金属部分）能够通过导线将电流输送至地面。 3.2 供电监控系统对井下用电设备故障的反应要求 （1）判断性。一旦井下电气设备发生故障， 要求监控装置能够及时发现故障部位，检查出故障 类型并可以切断故障设备供电，无故障设备正常运 行，使停电范围尽量缩小，使损失最小化； （2）敏捷性。一旦井下电气设备发生故障， 监控装置能够迅速反应、诊断、处理故障，切断对 故障设备的供电，使故障影响范围尽可能减小，从 而减轻对设备的损坏程度，并且要能够保证无故障 部位正常运行，尽可能减少停电时间，最大限度减 少损失，避免更严重的事故发生； （3）实时性。可以实时显示设备的运行情况， 发生故障时能够及时显示故障的类型以及发生的部 位。 4 井下供电监控系统设计 监控系统由地面主站、井下分站和井下数据分 站组成。 4.1 地面主站 地面主站是整个监控系统的大脑，是整个监控 系统实现发出命令、存储数据、监控系统等功能的 最主要部位。地面主站由主机服务站、数据处理器、 监控工作站组成。主机服务器分为硬件与软件两部 分。通讯服务器、数据服务器、监控工作站构成硬 件的主站系统。通讯服务器是三台 PC 机，可以完 成井下与地面监控信息的数据传送、供电线路监视、 存储处理部分数据等工作；数据服务器主要功能为 储存历史数据，同时数据服务器也兼作 web 服务 器；监控工作站主要功能为监控井下供电设备以及 供电线路的运行情况。主机服务站是通过服务器用 以太网与井下监控分站相连接（见图 2）。系统软 件和应用软件组成主站系统软件，是根据井下供电 监控系统设计规程设计出一个可以对整个井下供电 系统监测、记录、分析、控制的软件。操作系统采 用 Wndows 7，本数据系统采用 mysql 数据库。 图 2 主机服务站结构图 4.2 井下分站 井下分站是监控系统在电气设备处的直接装 置，由高性能的工业嵌入式通讯服务器、后备的工 作电源、光纤接续盒、工业光纤以太网交换机等组 成。可以使用多种通讯方式。软件内部为实时监控、 记录操作系统，并添加了多种外挂式软件模块以进 行功能扩充。配有防爆型 LED 显示器，能够显示 井下各电气设备的运行情况。其主要作用是监控井 下高压开关，发生故障可以及时通知地面主站，此 外还可以记录故障、 传输数据、 存储数据、 实时监控， 通过光纤与地面监控中心实现通讯。见图 3。 4.3 井下数据分站 井下监控系统起着对井下电气设备监控、控制 的功能，井下数据分站是井下供电监控系统的主要 组成部分之一，起着实现集中监控、使所有监控装 置同步进行、断电时数据能够自动保存、实时监控 各种数据操作、交换井下监控装置与地面调度中心 指令的数据、实现规约转换等功能，是实现煤矿自 动化的关键技术，与井下监控分站起着相辅相成的 1102019 年第 3 期 作用。通讯分站的结构站由防爆外壳、高性能工业 通讯服务器、开关电源、不间断后备电源、光纤以 太网交换机等构成。见图 4。 图 3 井下分站监控系统结构图 图 4 井下数据分站外形图 5 结语 本文以斜沟矿井下供电系统改造为背景，依 据整体设计思路，同时综合考虑井下供电环境等 多重因素， 设计出由地面监控主站、 井下监控分站、 通讯分站三部分组成的井下供电监控系统，包括 相应的软件，实现对井下电气设备的实时监控与 控制。经过现场实践表明，应用该监控系统可以 使井下供电系统更加安全、可靠，为矿井带来巨 大的经济效益，并为以后的类似矿井供电监控系 统改进提供思路。 【参考书目】 ［1］ 肖盛聪，耿化民，陈莹 .RS485 在井下供电监控 系统中的应用 [J]. 机械设计与制造，2016（09） 54-55. ［2］ 杨洋 . 基于工业以太网与现场总线的煤矿井下供 电监控系统设计 [D]. 太原太原理工大学，2015. ［3］ 王旭波.煤矿井下供电监控系统的设计及应用[D]. 西安西安科技大学，2013. ［4］ 石柏虎 . 煤矿井下高压供电监控系统研究 [D]. 济 南山东大学，2012. ［5］ 徐红梅.煤矿井下供电设备监测监控系统研究[D]. 西安西安科技大学，2012. （上接第 97 页） 从而为工作面的安全生产提供了保障。 6 结论 （1）通过对潞宁矿 22115 工作面概况及瓦斯 来源的分析，建立了本煤层预抽、裂隙带抽采、采 空区埋管抽放相结合的综合瓦斯抽采方法。 （2）针对所设定的瓦斯抽采方式，提出相对 应的封孔工艺，有力地保障瓦斯抽采系统的可靠性。 （3）工作面建立抽采系统后的上隅角瓦斯浓 度比未抽采前的瓦斯浓度降低近 51，有效地处理 了上隅角的瓦斯超限问题。 【参考文献】 ［1］ 袁亮 . 我国深部煤与瓦斯共采战略思考 [J]. 煤炭 学报，2016，41（01）1-6. ［2］ 任丽锋 . 煤矿瓦斯治理“先抽后采”浅析 [J]. 山 东煤炭科技，2017（03）8891. ［3］ 韩颖，刘少飞 . 深部煤层渗透性能主控因素研究进 展及展望 [J]. 煤矿安全，2018，49（04）12-15. ［4］ 李祥春，聂百胜，王龙康，等 . 煤层渗透性变化 影响因素分析 [J]. 中国矿业，2011，20（06） 112-115. ［5］ 梁冰，袁欣鹏，孙维吉 . 沙曲矿 4煤层井下瓦斯 抽采技术[J].安全与环境学报， 2014， 14 （01） 1-5. （上接第 100 页） 支护 [J]. 采矿技术，2005（02）28. ［2］ 李广俊，景剑锋 . 锚杆锚索在大跨度煤巷联合支 护技术中的应用 [J]. 现代工业经济和信息化， 2012，34（18）58-60. ［3］ 晁建伟，余同勇，韦四江 . 回采巷道过断层顶板 破坏特性研究[J].矿业安全与环保， 2009， 36 （02） 13-15. ［4］ 岳亚东，王超 . 华北地区陷落柱发育规律研究 [J]. 煤炭技术，2008，27（04）91-92.