探谈煤矿井下供电电网监控系统

摘要：电力系统是煤矿井下作业的基础设施之一，它不仅关系到煤矿的生产效益，更关键的是还关系到矿工的生命安全，所以各矿井一定要科学、合理的用电，建设一套安全、可靠的供电电网监控系统，以确保煤矿的经济效益和矿工的生命安全。本文介绍了煤矿井下供电网监控系统的必要性、工作原理、系统结构和关键技术等，供同行参考借鉴。

关键词：煤矿电网，监控系统

引言 随着社会的进步和科学技术的发展，信息与机械化建设成果应用越来越广泛，煤矿自动化和机械化程度不断提高。而为了保证各生产作业环节的正常运转，离不开安全、可靠的供电系统建设。因为煤矿井下供电设备出现故障，不仅会影响正常的照明与作业，还会给井下的安全生产造成影响甚至是导致安全事故的发生，所以井下供配电及其监控系统的设计与运行非常重要。虽然近些年随着井下供配电装备与新技术的改进和应用，提高了供电系统的安全可靠性，但是人为因素导致的供电事故还没有完全杜绝，影响矿区的正常生产。当前微机保护与监控系统多用于地面供电系统当中，用于井下的装置还不是很普遍，多数都是在防爆开关中设置短路保护、断相保护、过载保护与漏电保护等功能，而使用内配电的联网功能比较差。本文设计的井下供电监控系统能够实时监测并显示各路负载用电参数，并且可以同时通过地面计算机遥控井下送断电功能，即通过地面计算机实现对井下变电所高压真空开关分合闸。

1电网监控系统工作原理与结构

本监控系统的监控对象是相对集中的变电所里的高压真空开关，但是各变电所之间的距离一般都比较远，所以在进行本系统设计时应该充分考虑其集散型特点，选择运用集散型计算机监控系统。本监控系统的中心计算机安置在地面上的一个值班室，然后在井下设置一个分站，将被监控的高压开关装备中的智能型采集器与井下分站连接在一起。这个采集器主要是进行功率、电流和电压等传感信号输出与采集。

工作原理：在本监控系统进行初次运行的时候，要先定义计算机一共连接了多少台分站，这个定义是根据系统连接的分站及每个分站所连接的智能采集器来完成的，定义的主要内容包括：每台分站连接了几个智能采集器，每台分站和采集器的地址编号是多少。为了保证计算机能够检测到相关数据，实际连接的各设备必须与计算机的定义相符合。待分站和智能采集器的定义完成之后，需要进行“初始化”操作，然后就进入了实时监控状态。此时，计算机后台系统依次将从各分站及智能采集器收集到的有关配电开关装置中的功率、电压、开和状态与电流等信息传送到主计算机并在主系统上进行显示。同时，工作人员可以根据需要对任一配电开关等进行分合闸等操作。

2监控系统的硬件构成与设计

2.1系统的通信接口设计

本系统采用比较适用于现场、技术先进，并且性能相对较好的现场总线CAN BUS。它的技术特点主要包括：对等的网络结构，每一帧信息都有检验措施，采用非破坏性总线总线仲裁技术，较低的通信误码率，通信距离长、速率高，通信介质除了双绞线以外，还以使用光纤。

2.2分站设计

分站在整个系统中具有承上启下的作用，它可以有效缩短系统巡测周期，提高系统数据采集速度，进而有效提升系统整体性能，并且，分站可以脱离主机进行独立运转。本系统中的分站选用双单片机，其中单片机Ⅰ主要作用是控制智能采集器，单片机Ⅱ的主要作用是与店面计算机进行通信。两个单片机之间通过一双口RAM数据处理器进行信息的交换与传递，彼此之间相互独立运行工作。这个RAM数据处理器的主要作用是可以实现两只单片机在对其进行同步读写操作，但是不允许对同时对统一存储单元进行同步写操作，如果想实现这一操作，可以通过链接两根握手先来实现。单片机Ⅰ与单片机Ⅱ和智能采集器与地面计算机的连接通信方式分别是485、CAN总线。本系统中还有一个必备设计，即掉电不丢失EEPROM，它的主要作用是保存地面计算机对分站的初始化常数，也就是分站所连接的各职能采集器的地址与个数。

分站工作原理：单片机Ⅱ运行后首先是从EEPROM中读取既定的初始化常数，然后将这些数据写到双口RAM的特定区域，完成后根据计算机发过来的不同控制指令对双口进行读写操作。当单片机读到计算机定义好的常数时，不会马上使用，而是将其保存到EEPROM中，等复位或者商店以后再使用，进而再将这些数据写到RAM的特定部分。而当单片机收到的数据经分析判断后和计算机定义常数不一致时，单品机则会进入等待计算机进行初始化操作的状态。

2.3智能采集器设计

智能采集器的功能作用除了在高压配电开关内部进行系统需要的电压、真空开关开合状态、电流和有功功率等参数信息的采集之外，还同时需要对地面计算机发出的分合闸、复位等命令进行执行操作。该系统中有功功率、电流和电压传感器选用的都是0-5V的模拟输出方式，电流和电压传感器的输入范围分别是交流0-5A和交流0-100V，三相三线制是有功功率传感器的输入方式。其中A/D转换器采用新型串行数据输出和11路0-5V输入，12位分辨率的模数转换器TLC2543。转换较快、精度相对高，并且操作简单方便是此芯片的特点。分站通信接口与采集器单片机部分选用的是RS485通信电路，采集器与单片机彼此之间互不影响，是相对独立运行工作的。不管是否受分站单片机的控制，或者是通信电路开通与否，都不会影响它读取真空开关状态和采集传感器输入信号，然后将其存储在内部数据缓冲区，并且还可以在主系统的显示器上进行显示。

结语 完善可靠的电力系统的设计与应用是现代煤矿企业快速健康发展的有力保障，该电网监控系统经过实际运行使用，具有安全可靠、经济实用的特点，至今已取得了非常显著的经济效益，值得推广应用。

参考文献

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