李富强
陕西华彬雅店煤业有限公司 陕西省 咸阳市 713500
摘要：随着煤矿现代化不断推进和发展，井下引入了大批的先进自动化设备和仪器，供电系统愈加复杂，供电距离和供电级数不断增加。为了切实有效地提高煤矿的生产效率，保证我国用电以及供暖的基本需求，相关的研究人员开始从煤矿的供电系统入手，应用新型的科学技术手段有效提高煤矿的供电效率，从而提高各种器械设备的生产效率，同时从节能环保的角度出发，减少煤矿供电对环境造成的污染。鉴于此，本文主要分析煤矿供电智能化建设关键技术。
关键词：煤矿供电；智能化；建设
中图分类号：TM76 文献标识码：A
1、引言
煤矿供电网络是井下各生产运输设备的动力核心，一旦发生事故，轻则生产运行中断，重则引发安全事故，造成人员伤亡。目前，煤矿供电网络的监控与保护技术相对滞后，相较于井下瓦斯治理技术与采随着矿井工作管理的改进，井下供电监管不断完善，但浪费了劳动力，降低了整体的工作效率。由此可知，推进变电站监控的智能化与无人化是十分重要的。
2、煤矿供电系统问题分析
供电系统可分为井上变电站、井下中央变电所、采区变电所与移动变电站，采用多段逐级控制式纵向供电网络，由多级变电所级联，供电网络相对复杂。由于井下工作环境恶劣，空气潮湿，存在大量煤尘与放炮烟尘等颗粒物质，造成供电系统电力设备的故障率较高、故障检修不便。常见的故障类型为短路故障与漏电故障。
短路故障可分为三相短路、两相短路和单相短路，煤矿供电系统以三相短路和两相短路为主，引起系统电压下降，同时减小其他支路的供电电流，对支路电气设备产生很大的热量，造成绝缘损害。当电气设备发生绝缘损坏，泄漏电流时，可能引发人身触电事故，甚至导致井下瓦斯与煤尘爆炸。
目前供电系统主要存在的问题为：（1）短路保护难以准确定位，导致发生越级跳闸，超出故障范围，造成更大的停电事故；（2）漏电保护的数据采集精度不够，抗干扰性差，难以及时判断故障。
3、煤矿供电智能化现状
通过对全国100多家矿井的调研发现，国内各大煤矿推进“无人值守、减人提效”的热情都很高，煤矿供电智能化及无人值守也取得了很大大进步，并取得了一定的减人提效的效果，但是，一些关系到供电安全的“痛点”问题仍未解决，主要体现在如下几个方面：
（1）供电越级跳闸问题未能彻底解决，平均每个矿每年的越级跳闸事故还在6次以上，因越级跳闸引起的大范围停电严重威胁着矿井生产及安全。（2）高压单相接地故障选线准确率不高，保护误跳闸或越级跳闸问题依然严重，由此而引起的停电范围扩大、电缆或设备绝缘被击穿等问题已经成为了煤矿供电的“痛点”问题。（3）防爆开关动作不灵敏，跳闸不及时或跳不开时有发生，加之缺乏“开关拒跳”预警手段，一旦发生短路事故，极易引起越级跳闸扩大停电范围，严重时可能导致风机、水泵等一类负荷停运，给矿井带来巨大的安全隐患。（4）低压开关漏电误跳或越级到移变跳闸几乎成常态，由此引起的工人触电、局扇停风等事故也时有发生，给矿井的安全埋下了巨大的安全隐患。
4、煤矿供电智能化建设关键技术
4.1、全方位防越级跳闸
供电越级跳闸事故轻则越过1级导致1个采区停电，重则越过多级直至地面变电所，导致整个井下供电系统瘫痪，严重威胁生产安全。引起越级跳闸的原因有多种，比如短路越级、开关拒跳越级、电压波动越级、定值不匹配越级等，然而目前国内的防越级方法（如GOOSE信号闭锁防越级、差动保护防越级、集中判别式防越级）应用多年始终无法杜绝越级跳闸事故的发生，主要是因为这些方法存在防越级“死区”，无法全方位防止越级跳闸，为此，提出一种“分布式网络保护防越级技术”，经过多年的应用证明，该技术可以彻底解决煤矿供电越级跳闸问题，为此，该技术入选了国家煤监局发布的“2019年煤矿安全生产先进适用技术装备推广目录”，分布式网络保护防越级跳闸技术原理图如图1。
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4.2、远程人工漏电试验功能
远程漏电试验功能：可以在监控主机及监控通信分站上进行系统内任何一个开关的分励、短路、过载、漏电试验。远程低压馈电开关的漏电试验应通过保护触点控制漏电试验继电器进行试验，达到在现场通过开关上的漏电试验按钮的结果。升级后远程漏电试验操作界面如图2所示。
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井下的低压开关由于保护器的新旧版本问题，有一部分具备远控漏电试验功能，有一部分不具备，通过改造和升级保护器，使得所有低压开关保护器都具备远控漏电试验功能。各开关利用Modbus协议，通过千兆以太网交换机与系统通信。规约管理机通过软件把各开关所需要发送和接收数据的Modbus协议通信地址转换成数据库相对应的地址，把数据存入实时库，再由实时库分发至各模块，最后存入历史库。利用监控系统软件把各开关的遥测、遥信、遥控、遥调参数与集控相关联，从而实现程控制。改造后的智能供电系统如图3所示。
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4.3、远程监控系统的安全
监控系统的安全和可靠直接关系到供电无人值守的安全和可靠，例如：国家电监会［2012］12号文件通报指出“Windows操作系统的脆弱性和局部安全事件扩散可能造成整个监控系统瘫痪”，国家电网公司调继［2017］119号文件指出：“根据公司故障录波器及保信子站运行情况统计，使用Windows操作系统的设备容易再运行中感染病毒”。调研也发现，目前各煤矿的供电监控系统基本上都是采用的Windows操作系统，监控系统运行慢、中病毒甚至死机等问题频发,导致煤矿的供电监控系统安全性和可靠性得不到保证，严重制约了煤矿供电智能化建设的步伐，根据多年来研究和应用煤矿供电监控系统的经验证明，采用基于Linux操作系统的供电监控软件平台，可有效防止病毒入侵，系统安全性和可靠性明显提高，系统年可用率可达99.99%，系统平均故障间隔时间（MTBF）不小于20000h，因此，建议在煤矿供电智能化建设过程中，首选基于Linux操作系统的监控软件平台，这也是煤矿供电智能化及无人值守建设的安全保证。
5、结束语
通过对多年煤矿供电无人值守监控经验的分析，同时根据对国内超过100多家煤矿的调研，总结了目前煤矿供电智能化及无人值守建设存在的主要问题，分析了这些问题给煤矿安全带来的安全隐患，同时提出了针对性的“六位一体”解决方案，采用该方案可实现全方位防越级跳闸（包括短路防越级、开关拒动防越级、电压波动防越级以及定值不匹配防越级等）、接地故障精确选线（准确率100%）、低压漏电精确选漏（准确率100%）、漏电远程一键试验以及全面的远程控制等功能，为煤矿供电智能化建设提供了更加全面的参考。
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