煤矿井下变电所智能供电系统改造研究

煤矿井下变电所智能供电系统改造研究

方域玮

黑龙江龙煤双鸭山矿业有限公司东荣一矿，黑龙江 双鸭山 155100

摘要：近年来，随着高寒煤矿的发展和装备的增加，地下中央变电站和水平分配室已不能满足生产要求，因此迫切需要建设标准化变电站，以解决供电问题对矿山规划的影响。作为新建变电站的设计和建设负责人，总结了在变电站建设中可作为同事指导的实施过程的经验。在此基础上，对煤矿地下变电站智能供电系统的改造进行了参考讨论。

关键词：煤矿井下变电所；智能供电系统；改造研究

引言

随着计算机技术的广泛应用，煤矿供电设计正逐步走向信息化、智能化和集成化。传统煤矿供电系统因工作复杂、效率低，无法满足生产需求。基于先进的软硬件设备，井下变电站无人值守控制系统通过数据采集和传输技术提高了煤矿的工作效率，成为矿山企业的发展方向。同时，煤矿井下供电系统是保持各种电气设备运行的重要支撑，如地下挖掘、运输、通风等。而运营安全稳定是煤矿安全高效生产的重要保障。

1煤矿变电所高压配电系统存在问题分析

某煤矿开采量每年大约420万吨，为保证煤矿生产需求能得到满足，在煤矿井下架设了变电所，就目前而言，煤矿配备了13个变电所。并且，在变电所中，高压配电装置的数量比较多，所以为了能让井下的高压配电装置得到良好保护，不会对生产造成任何影响，还对高压综合保护器进行了设置。但是，针对高压配电网络来说，为与煤矿发展有密切联系，所以在这种背景下，矿井中应用的各种高压配电装置，并不是在同一时期购买的，是结合煤矿发展的阶段性特点，并按照配电网络的需求采购的。比如：以高压综合保护器为例，市场上出现的型号有很多，但因为设备的生产厂家以及日期等不同，所以装置在运行期间，无论是在性能上，还是在稳定性方面，都存在很大差异。同时，由于这些问题的存在，煤矿变电所高压配电系统在运行期间，经常会出现各种问题，诸如越级跳闸等，对煤矿生产连续性造成很大影响的同时，还会威胁到矿井的安全。对此，煤矿企业在今后的建设中，必须加强重视，积极对煤矿变电所高压配电装置进行技术改造。近年来，随着煤矿井下供电电压的逐渐提升，大大促进了工作效率和质量的提升，但与此同时，存在的问题也比较多，除了上述的问题之外，还有可能出现短路等问题。（1）煤矿井下电气设备线路的规划比较混乱，经常和井下线路出现短路问题。从煤矿企业的角度分析，高压配电装置的高效利用，对工作效率的提升有很大促进意义，但不可否认，其潜在的安全隐患也非常多。一般而言，如果煤矿井下设备数量不断增加，机电维护和管理人员面临的挑战也随之增加，诸如电线规划设计不科学、电线腐蚀严重等。（2）短路电流太大导致煤矿变电所高压配电装置的断电保护措施不能发挥应有的作用。针对短路电流太大的问题，与供电电压提升和设备超负荷生产有很大关联。煤矿企业设备在运行期间，由于持续的时间比较长，大多数设备都存在潜在故障。并且，部分企业为了能促进生产效率的提升，经常出现拼凑连接设备的情况，最终使得断电保护器件发生失联问题，引发装置电阻的计算不够精准，进而造成短路现象。

2煤矿变电所高压配电装置技术改造方案分析

2.1监控主界面设计

位于地面集控中心的监控主界面需要对井下供电网络的运行状态信息进行实时展示，主要包括有功功率、无功功率、开关分合状态、电流、电压、功率等用电信息。需要对上述信息进行图形化展示，能导出日报表、月报表等。可以看出，监控系统可以对矿井中的主要电气设备的用电量信息进行实时展示。监控系统运行过程中，一旦检测发现井下供电网络存在故障问题或安全隐患时，会立即向外发出报警信号。对于监控系统主界面，主要是以弹窗形式弹出相关数据信息，确保监控人员能及时发现问题。弹窗信息主要包括报警内容、时间、超限参数等。只有登录系统获得权限的人员才能接收到报警弹窗信息，只有具有一定权限的账号才能对报警信息进行确认，如果工作人员不对报警信息进行确认，则报警弹窗会一直显示在监控界面。

2.2改造方案

主要解决办法是改造公司煤矿的智能电源系统。上述功能优化后，电源的原始结构不变，交换机的保护将根据实际电源情况进行转换。同时增加了读写电量的功能，非常经济高效。向生产安全指挥中心或机电控制部门添加容量调度和监测中心，使用煤矿现有或计划中的光纤环网监测地下变电站高压设备和低压设备的功率。通信服务器(也是web服务器)还可以由运营管理人员交换容量监控和矿井调度系统的信息。建立了电气监控系统，安装了电力中心控制室的硬件和软件，变电站高电压和低电压开关的保护器被更换，增加了通信变电站，连接了环形通信网络，并与指挥中心进行了信息交互，以确保通过通信网络进行电力生产的调度和安全。监测变电站设在地下中央变电站，信息连接通过以太网进行，对高低压断路器进行保护。各变电站通过光端口与其他变电站和地面开关通信，形成通信环网，并与优秀变电站一起形成防转换停机系统，防止地下变电站的故障跳跃到上部变电站。

2.3井下监控单元

井下监控单元的主要作用是对矿井供电系统运行状态信息进行实时采集，需要采集的数据信息包括保护装置状态、电压、电流、功率、开关动作参数等。通过数据运算判断供电系统运行状态，是否存在故障问题或安全隐患，将采集获得结果在显示屏上进行显示，以便井下工作人员能及时查看。设置有报警电路，如果出现故障问题，利用报警电路可以向外发出警报。考虑到井下监控单元涉及多个硬件设置，相互之间会有通信接口，比如CAN、ＲS-485通信接口等，为了确保通信过程的可靠性和稳定性，需要使用带隔离的抗干扰的通信接口。井下监控单元需要将采取获得的信息上传至地面集控中心，同时要接受并执行集控中心下达的指令。

2.4可视化

(1)系统运行可视化。添加电动推车遥控器、电源系统谐波、电能质量、电气测量、负荷冲击记录、变电站温度、变电站烟雾传感器等。栋到现有的电压、电流、功率和开关监控位置，并实时监控系统的异常情况，以便了解系统运行异常时的系统情况。(2)主要设备运行状态可视化。建立非正常运行预警机制，包括主要开、关时间、累计销毁能力等。；(3)辅助设备和网络设备状态可视化。该系统包括对保护装置状态、下载速度和网络通信状态以及交换机运行情况进行自检；(4)系统缺陷可视化。当系统发生故障时，缺陷的时间、类型、数值和缺陷信号形式可以实时记录，维护人员可以得到完整的数据和记录，以便于维护人员及时排除错误。(5)加强设备的远程操作。地面电源系统监控室可以实现远程控制地下开关、打开和关闭保护功能、读取和修改固定值以及设置参数配置等功能。

2.5硬件方案设计

煤矿井下变电站的传统配电系统无法实现接收信号、加载信号、远程控制断路器打开和关闭操作的功能。要实施免维护的低压系统，需要添加具有通信功能、数字I/O功能和模拟I/O功能的智能设备。通过收集机柜中断路器的开/关状态、低压柜中的电压或电流信号、机柜中断路器和接触器等电路元素的开/关状态，并将收集到的信息下载到顶部计算机，并在顶部计算机上发布指令，可以控制配电柜中断路器和接触器等主要电路元素的开/关。具有永磁的矿用耐火本质安全真空供应开关的结构是采用常规耐火模式和隔离耐火模式的外壳类型的必要结构。设备的主要组件包括模块化断路器CPS、集成开关的组装、工业控制面板的组装和电源的组装。设备的附件可以互相共享。如果发生故障需要维修，则只能维修CPS断路器，或者在情况严重时只能更换CPS断路器。打开和关闭断路器的当前状态将显示在彩色屏幕上。该断路器的输入/输出位置由高精度电动底车控制，具有绝缘断路器的功能。由方形壳组成的防爆营养产品分为两个独立的腔:主供应腔和配线腔。每个主腔都是独立的防爆腔，腔内设有安全可靠的机电锁。断路器不仅实现绝缘开关的功能，还控制高精度电动手推车的I/o，以确保安全，不影响其他电路的正常运行。CPS模块化断路器适用于每个馈线电路，即集成模块布局。断路器是一种高密度驱动装置，可实现照明电路(1140 V / 660 V)的自动星角转换、自动电压检测和自动切换功能。各季度的PLC数据将发送到RS-485显示屏幕，显示屏幕可以实时显示传输系统电压。通过观察负载侧三相电压的变化，监测和显示腔体的温度和三相真空管的接触，工作人员不仅能发现真空管的粘滞现象、漏风和时间内相位的破损，还能掌握供应开关的温升。

结束语

目前，煤矿变电所和高压配电单元经常受到各种因素的干扰，造成了许多问题。为了有效应对这些挑战，也从总体上讲，为了提高煤矿变电所高压配电系统的运行稳定性，实现安全生产，为企业创造巨大的经济效益和社会效益，保障煤矿职工的生命安全，我们必须加强煤矿变电所高压配电设备的技术创新，充分考虑现行系统。

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