煤矿供电故障预警系统的设计及选型实现.pdf

2020 13 技木应用与研究 当代化工研究 si Modem Chemical Research J J 煤矿供电故障预警系统的设计及选裂实现 * 王伟伟 山 西 潞 安 郭 庄 煤 业 有 限 责 任 公 司 山 西 046100 摘要煤矿的自动化开采对于供电系统的安全稳定运行提出了较高的要求，由于供电系统自身的复杂性及井下作业的恶劣条件，使得采 用人工检修的方式无法满足自动化开采的需求。设计一种煤矿供电故障预警系统，依据供电系统的故障类型，对供电设备进行运行参数的 监测及处理，及时的发出预警信号，避免造成供电系统的故障，保障煤矿供电系统的安全稳定运行，并对系统的选型实现进行了论述. 关键词供电系统；故障；预警系统；安全稳定 中图分类吾TD 611 文献标识码A Design and Selection of Early Warning System for Coal Mine Power Supply Faults Wang Weiwei Shanxi Lu’an Guozhuang Coal Industry Co. 5 Ltd. ， Shanxi, 046100 Abstract The automatic mining of coal mines puts forward higher requirements for the safe and stable operation of the power supply system. Due to the complexity of the power supply system itself and the harsh conditions of underground operations, manual maintenance cannot meet the requirements of automatic mining. Therefore, an early warning system for coal mine power supply faults is designed. According to the fault types of the power supply system, the operating parameters of the power supply equipment are monitored and processed, and early warning signals are sent out in time, so as to avoid causing faults in the power supply system and ensure the safe and stable operation of the coal mine power supply system, and the selection and implementation of the system are discussed. Key wordsi power supply system； fault； early warning system; 1. 概述 煤矿的安全生产是近年来受到重视的问题，煤矿供电 系统随着煤炭自动化开采的发展也向着智能化大容量的方向 发展，供电系统的可靠性及稳定性是保证煤矿安全生产的重 要措施。由于煤矿井下环境较为恶劣，对于供电系统的长期 稳定运行具有较大的挑战，供电系统的电气设备一旦发生故 障，极易造成重大的安全事故[1]，不利于煤矿的安全高效开 采。对于供电系统，目前主要采用人工检修的方式对设备进 行维护，但是由于井下供电系统的设备繁杂且电气结构复 杂，对于故障检修的有效性难以保证，并且也不符合自动化 生产的要求。对于供电系统的故障预警，采用自动化系统监 测的方式，设计故障预警系统，实现对于供电系统的实时监 控，保证供电系统的安全运行。 2. 供电故障预警系统的设计 煤矿供电系统在井下长期作业的过程中，不可避免的会 由于老化、损坏或者用电不当等造成故障，对于供电系统常 见的故障，大致可以分为短路故障、放电故障、绝缘故障、 拒动故障、误动故障。对于供电故障预警系统，采用在线及 离线状态监测的方式对电气设备进行检测，及时进行报警， 避免造成故障。 供电故障预警系统通过在线监测对供电系统的各项参数 进行实时监测，保证数据的及时有效，所采集到的数据在控 制器中进行处理[2]，同时对供电系统的运行参数进行调整， 保证用电的稳定性，接收主控端的信号，对系统执行相应的 操作；通过离线监测，在设备不运行的时候对设备进行维 护，提高供电系统长期的使用性能。供电故障预警系统整体 结构如图1所示，系统采用信号调理模块进行供电设备的监 测，通讯模块实现主控机与上位机的远程通信，同时系统内 设置存储模块及显示模块，对系统处理的数据进行存储及显 safe and stable 示，实现人机交互。 图1 供电故障预警系统整体结构 信号调理模块对于供电设备数据采集的实时有效性是保 证系统应用的关键，对于供电系统运行的参数，采用离散化 的数据采集方式实现对数据的处理，在采样过程中，设定系 统运行的参数值，对各个参数均进行一定频率的采样，在采 样过程中，采用传感器组对信号进行一定的缩放，提高数据 的精度，将数据传输至主控机进行处理。 供电故障预警系统通讯模块采用GPRS网络实现各节点与 主控端之间的通信[3]，采用这种通信方式，可以实现各节点 与主控端之间点对点协议的通信，通过处理器的指令自动的 完成相应的动作，不需要人工的参与。通过GPRS的无线模块 采用TCP/IP协议的方式，将各项数据及参数打包，传输到主 控端，TCP/IP可以依据一定的顺序对数据进行传输，实现对 于数据的稳定传输。 3.供电故障预警系统的选型实现 供电故障预警系统采用主从的方式进行工作，对于其 中重要的零件进行选型实现。供电故障预警系统主控机采用 单片机实现，由于其良好的抗干扰效果，可以保证系统的稳 定运行，采用16位的RISC指令，高效稳定的进行数据处理， 自带存储器可以满足大量数据的运算需求，对于采集到的数 字信号及模拟信号均可进行有效处理，提高了系统抗干扰能 54 当代化工研究 Modem Chemical Research 技术应用与研究 2020 13 力，避免不同信号之间的转换损失，还可以实现数据的加密 保护等功能。 系统进行数据采集使用到的传感器主要包括霍尔电流 传感器、温度传感器、位移传感器及计数器[4]，采用磁平衡 式霍尔电流传感器满足煤矿井下复杂的工况条件，温度传感 器采用红外非接触式测温模块，可满足-2TC-7TC工况下对 温度的有效检测，采集到的温度信号经过转化之后，得到电 气设备运行的电压频率关系传输到主控端进行处理。位移传 感器用于实现对机械式井下矿用电气设备的触头行程进行监 测，对机械部件的触头行程采集相应的时间特征曲线，与主 控机中的数据进行比对，实现对设备的监测。计数器采用高 度脉冲传感器对系统的周期性参数进行计数。系统采用多个 传感器进行数据的采集，为避免采集信号受到干扰，采用如 图2所示的缩放调理电路，实现对输出电压的稳压处理。 图2 系统缩放调理电路 电故障预警系统通过多个传感器采集相应的数据，对于 采集到的数据进行有效的传输和处理，通过通信电路将数据 传输至上位机，通信电路采用串行通讯接口电路的方式实现 数据的传输，如图3所示，通讯接口电路保证数据传输过程 中的高效抗干扰，并且能够支持煤矿井下长距离的多个节点 数据传输使用。 -CD- J H 图3 串行通讯电路 配置端通讯 处理模块 系统的数据信息的交换处理是进行指令分析的主要功 能，其功能如图4所示，将采集到的数据信息进行比对处 理，做出相应的指令操作，采用多维分布式的结构，可以保 证系统不会因单个模块的变化而失去效用，实现对于供电系 统的稳定监控。 系统采用不同节点进行设置监测，可以提高系统的及 时有效性，使得各个节点具有较好的适应力，各个节点模块 采用网络监控的，采用数据探针的方式对系统的数据处理， 依据优先级的不同，完成最终的数据处理即传输，在接收到 指令模块的控制指令后，各个节点模块可以依据指令自动运 行，当主控端或者指令端关闭或中止时，节点模块仍能进行 正常工作，保证对于供电设备的监控。 建立了供电故障预警系统的硬件结构之后，对于系统的 控制采用软件控制的方式[5]，软件系统的主要功能包括对于 数据的查询存储、数据的计算处理、信号的预警、数据的统 计输出及人员权限的管理。在进行数据处理的过程中，对于 数据的抗干扰计算能力是其中重要的一项，采用数据滤波的 方式提高系统的抗干扰能力，这种方式可以调高系统的随机 误差，在使用过程中，要依据系统的采样频率来设定相应的 敏感度，保证系统的稳定运行。 4.总结 由于煤矿供电系统的复杂性及井下作业的恶劣条件，使 得人工检修对于供电系统的精度难以维持，并且不能满足煤 矿自动化开采的需求。为提高煤矿供电系统的安全性，设计 使用供电故障预警系统，依据供电系统的故障类型，采用在 线监测及离线监测的方式对供电系统的运行参数进行实时的 监测，通过控制模块对数据进行处理及发出指令，实现对于 供电系统的有效监测及时预警，保证供电系统的安全稳定运 行。 【 参考文献】 [1] 张小艳煤矿井下机电供电故障预警系统设计[J].机电工 程技术， 2019, 48 11 175-177. [2] 彭兆加.湘江特大桥光电防撞预警系统中的太阳能供电装 置 [C].中国公路学会、国际道路联盟（ IRF、美国交通研究委员会 TRB.第六届中国公路科技创新高层论坛论文集（ 下册中国公路 学会、国际道路联盟（ IRF、美国交通研究委员会TRB中国公路 学会， 2013 427-428. [3] 吕湛， 史晓宇,孙昕杰， 高淑好.基于供电服务指挥中心的抢 修指挥辅助预警系统的研发[J] 电工技术,2019 05 42-44. [4] 赵铁英.基于灰色模糊综合评判和专家系统的煤矿电网预 警系统研究[D].河南理工大学,2009. [5] 郑立安.基于ZigBee技术的尾矿坝体安全监测预警系统研 究与设计[D].太原理工大学， 2014. 【 作者简介】 王 伟 伟 （ 1 9 8 7 - , 男，大专，助理工程师，山西潞安郭庄煤 业有限责任公司；研究方向煤矿供电- 配置端数据 查询模块 本地体统作 模块 节点端通讯 数据处理模块 配置段数据 查询模块 数据库 管理 数据库操作模块 图4 指令控制分析模块